The genomic basis of lipid accumulation in Mucor circinelloides VI 04473

Abstract

Den dimorfe muggsopparten Mucor circinelloides kan akkumulere opp til 80% av ens egen biomasse i lipider som er av interesse for ernæring og fór (som for eksempel flerumettede fettsyrer). Derfor er den et lovende alternativ til dyr og planter som råmateriale. Å optimere utbyttet er dermed av stor industriell interesse. Dzurendova et al. (2021b) viste at fravær av kalsium, kombinert med ulike nivå av fosfor, økte lipid-produksjonen i Mucor circinelloides VI 04473. Målet med denne avhandlingen var å undersøke det genomiske grunnlaget for lipid akkumulering, og den regulatoriske gen-responsen på fravær av kalsium, i MC VI 04473. Fenotypiske data fra gasskromotografi og Fouriertransformasjon infrarød spektroskopi kombinert med genuttrykksdata fra RNA sekvensering ble analysert.

Fenotypiske data viste at den største økningen i lipidakkumulering forekom i behandlingen hvor kalsium-fravær ble kombinert med lave nivå av fosfor. Interessante funn av nedregulerte gener i denne behandlingen omfattet nedbrytning av fettsyrer, lipid signalisering, lipid transport, og kalsium-bindende proteiner. Interessante funn blant oppregulerte gener var relatert til cellevekst, polyfosfat- og karbohydrat-metabolisme, og stresstoleranse.

Analysen av differensielt uttrykte gener mellom kalsium-fravær og kalsium-nærvær resulterte i utpekningen av enkelte gener som var relatert til både lipidakkumulering og kalsium-fravær. Dog, videre forskning kreves for å kunne belyse sammenhengen mellom kalsium og lipidakkumulering. Forbedring av genom-annotasjonen til MC VI 04473 kan bidra til å belyse denne sammenhengen.

The filamentous dimorphic fungi Mucor circinelloides can accumulate up to 80% of its biomass in lipids of interest to feed and nutrition (like polyunsaturated fatty acids). This makes it a promising raw material alternative to animals and plants. Optimizing the lipid yield is therefore of great industrial interest. Dzurendova et al. (2021b) demonstrated that calcium starvation, combined with different levels of phosphorus, increased the lipid production in Mucor circinelloides VI 04473. The aim of this thesis was to investigate the genomic basis of lipid accumulation, and the gene regulatory response to calcium starvation in MC VI 04473. Phenotypic data from gas chromatography and Fourier-transform infrared spectroscopy combined with gene expression data from RNA sequencing was analyzed.

Phenotypic data showed that the greatest increase in lipid accumulation occurred in the treatment with a combination of calcium starvation and low level of phosphorus. Interesting findings in downregulated genes under this treatment included degradation of fatty acids, lipid signaling, lipid transportation and calcium binding proteins. In upregulated genes, findings were related to cellular growth, polyphosphate and carbohydrate metabolism and stress resistance.

The analysis of differentially expressed genes between absence of calcium and presence of calcium resulted in the identification of some genes relevant to both lipid accumulation and calcium starvation. However, further studies are needed to elucidate the relationship between calcium and lipid accumulation. Improved genome annotation for MC VI 04473 can assist in further analysis of this relationship.