View source for Primerjava transkriptoma filamentoznih gliv Neurospora crassa pri rasti na treh različnih vrstah monosaharidov: D-glukoze, D-ksiloze in L-arabinoze

D-glukoza, D-ksiloza in L-arabinoza so trije pomembni monosaharidi v celičnih stenah rastlin. Malo je znanega o ekspresiji genov, ki je posledica teh treh sladkorjev, še posebej v prisotnosti L-arabinoze. Pridobljeni podatki o ekspresiji genov in novo odkritih transporterjih sladkorjev pa bodo koristni  pri načrtovanju proizvodnje biogoriv.


==Uvod==

D-glukoza, D-ksiloza in L-arabinoza so tri najbolj široko prisotne komponente zemeljske biomase. Odziv, ki ga prisotnost D-ksiloze povzroči v glivah, je dobro poznan, kar so tudi že izkoristili za izboljšavo fermentacije na osnovi ksiloze. Za metabolizem L-arabinoze sta potrebna samo 2 encima več kot za metabolizem D-ksiloze, ostala metabolna pot pa je enaka. Kljub temu pa so poročali o razlikah v regulaciji genov. Do sedaj transkriptomske študije na glivah, ki so rasle na L-arabinozi, še ni bilo objavljene.

==Rezultati==

Za preizkus vrstnega reda koriščenja sladkorjev so prenesli kulturo v gojišče, ki je vsebovalo vse tri vrste sladkorjev. Kot prvo so glive uporabljale samo D-glukozo. Ko je koncentracija te postajala nizka so začele uporabljati še D-ksilozo. L-arabinozo so začele koristiti šele po tem, ko sta bile D-glukoza in D-ksiloza popolnoma porabljene. 
Pri analizi ekspresije genov so kot referenco vzeli ekspresijo, ki jo dobimo pri D-glukozi. Pri uporabi D-ksiloze je prišlo do diferenčne ekspresije 105 genov, pri uporabi L-arabinoze pa 1046 genov. Od diferenčno izraženih genov jih je pri L-arabinozi imelo povečano izražanje 498, pri D-ksilozi pa 96. Od tega je bilo 50 genov, ki se jim je povečala ekspresija pri obeh sladkorjih. Glede na to, da sta za predelavo L-arabinoze potrebna samo dva gena več, je razlika presenetljiva. 
Poleg genov katerih izražanje je bilo povišano, je bilo pri L-arabinozi tudi veliko število genov, ki jim je bila ekspresija znižana. Večina od teh genov je bila povezana z metabolizmom aminokislin, ogljikovih hidratov in nukleotidov. Nobenemu od teh encimov ni bil znižana ekspresija pri D-ksilozi, kar nakazuje na to, da je L-arabinoza manj zaželen vir ogljika kot D-ksiloza oziroma D-glukoza. 
Nekateri ekspresijski vzorci so podobni tudi ekspresijskim vzorcem pri stradanju, vendar L-arabinoza kljub temu povzroči veliko širši in drugačen odziv v primerjavi s stradanjem. Pri L-arabinozi je skoraj dva krat več diferenčno izraženih genov, kot je genov, ki se skupno izražajo pri L-arabinozi in stradanju. Ti geni so bili povezani z metabolizmom polisaharidov, pentoza fosfatno potjo in transportom ogljikovih hidratov. Geni, ki pa so se izražali samo pri stradanju, pa so bili povezani z metabolizmom aminokislin ter vezanjem kofaktorjev/kosubstratov/vitaminov. Pri genih, ki pa se jim je ekspresija zmanjšala, pa je bilo število genov, ki so bili diferenčno izraženi samo pri L-arabinozi približno enako, kot število genov, ki se izraža tako pri L-arabinozi kot pri stradanju. V obeh primerih je šlo za gene povezane z energijo, metabolizmom nukleotidov ter sintezo proteinov. 
Odkrili so tudi, da se pri L-arabinozi izraža 24 transporterjev sladkorjev, medtem ko se jih pri D-ksilozi izraža 15, pri D-glukozi pa 6. Pri primerjavi ekspresijskih profilov so odkrili tudi nov transporter za D-glukozo, ter dva nova transporterja pentoznih sladkorjev. Odkrit je bil tudi nov transkripcijski regulator za hemicelulaze. Narejen je bil tudi test indukcije genov za hemicelulaze ob prisotnosti L-arabinoze in L-arbitola, ki nastane in L-arabinoze ob prisotnosti D-ksiloza reduktaze. Odkrili so, da L-arabitol bolje inducira izražanje hemicelulaznih genov.

==Diskusija==

Za učinkovito pretvorbo biomase iz rastlin v goriva je potrebno izkoristiti sladkorje kot so D-glukoza, D-ksiloza in L-arabinoza. S preučevanjem transkriptomskih podatkov pri različnih organizmih si širimo nabor genov, ki jih lahko uporabimo pri izboljševanju lastnosti kvasovk, ter načrtovanju novih metabolnih poti. Kljub temu, da sta za metabolizem L-arabinoze potrebna samo 2 gena več, kot za metabolizem D-ksiloze, pa je ekspresijski profil zelo različen, kar nakazuje na velik pomen takšnih analiz za razumevanje delovanja organizmov. Glede na širok nabor genov, ki so diferenčno izraženi, bi lahko L-arabinoza delovala tudi kot signalna molekula za spremembo metabolnih poti. Pri primerjavi transkriptomski podatkov so odkrili tudi, da je pri L-arabinozi prišlo do povišanega izražanja večih transporterjev sladkorjev, kot pri ostalih dveh sladkorjih, zato predvidevajo, da bi L-arabinoza lahko delovala kot signalna molekula za pripravo celice na prepoznavanje različnih vrst sladkorjev pri razgradnji rastlinske biomase.

==Zaključek==

Raziskava je prikazala prvo transkriptomsko primerjavo na N. crassa pri rasti na gojišču z L-arabinozo, D-ksilozo in D-glukozo. L-arabinoza je povzročila veliko širši odziv v regulaciji genov, kot je bilo pričakovano. Študija nam omogoča boljše razumevanje delovanja L-arabinoze in D-ksiloze, odkriti pa so bili tudi novi transporterji sladkorjev, ter nov regulator hemicelulaz.

==Članek==