Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Binuclear zinc transcription factors and the regulation of patulin biosynthesis in the filamentous Ascomycete Penicillium expansum

Hansen Jagrelius, Robert LU (2021) KBTM05 20211
Biotechnology (MSc)
Abstract
This thesis investigated the regulation of patulin production in Penicillium expansum in relation to fungal global regulators as well as the cluster-specific binuclear zinc transcription factor (BZTF) patL in silico. It also explored the state of BZTF research in filamentous ascomycetes fungi, and questioned if results in Saccharomyces cerevisiae can be freely translated to other taxonomic groups. Results indicate that a similar percentage of BZTFs bind as homodimers in filamentous ascomycetes as in S. cerevisiae, however, they also suggest that BZTFs are more prone to bind as monomers than previously thought, which could be beneficial in binding site prediction. However, the results are inconclusive if the presence of a coiled-coil domain... (More)
This thesis investigated the regulation of patulin production in Penicillium expansum in relation to fungal global regulators as well as the cluster-specific binuclear zinc transcription factor (BZTF) patL in silico. It also explored the state of BZTF research in filamentous ascomycetes fungi, and questioned if results in Saccharomyces cerevisiae can be freely translated to other taxonomic groups. Results indicate that a similar percentage of BZTFs bind as homodimers in filamentous ascomycetes as in S. cerevisiae, however, they also suggest that BZTFs are more prone to bind as monomers than previously thought, which could be beneficial in binding site prediction. However, the results are inconclusive if the presence of a coiled-coil domain can be used to predict the type of binding site. Global regulators are involved in a complex regulation system of patulin and 5'- CCBRAAGGAG -3' is identified as a putative binding motif for patL. A new generation of meta binding site prediction tools is proposed. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Alla levande varelser har metabolism och då även metaboliter, som är ämnen som produceras och konsumeras under metabolismen. En del av dessa produceras konstant, som när vi bryter ner mat vi äter eller när vi ska röra på oss. Det finns också metaboliter som vi inte har, men finns i till exempel svampar. De kallar vi sekundära metaboliter. De är viktiga för hur svamparna beter sig och interagerar med sin omvärld. Vi har ett intresse av dessa ämnen då de kan vara användbara för oss i medicinskt syfte. Ett bra exempel på en sekundär metabolit är antibiotikan penicillin, som produceras av många svampar från släktet Penicillium. P. expansum är en mögelsvamp från släktet, men kan inte producera antibiotikan. Istället är den en utbredd patogen av... (More)
Alla levande varelser har metabolism och då även metaboliter, som är ämnen som produceras och konsumeras under metabolismen. En del av dessa produceras konstant, som när vi bryter ner mat vi äter eller när vi ska röra på oss. Det finns också metaboliter som vi inte har, men finns i till exempel svampar. De kallar vi sekundära metaboliter. De är viktiga för hur svamparna beter sig och interagerar med sin omvärld. Vi har ett intresse av dessa ämnen då de kan vara användbara för oss i medicinskt syfte. Ett bra exempel på en sekundär metabolit är antibiotikan penicillin, som produceras av många svampar från släktet Penicillium. P. expansum är en mögelsvamp från släktet, men kan inte producera antibiotikan. Istället är den en utbredd patogen av äpplen. Den får äpplena att ruttna och producerar i dem det giftiga ämnet patulin. Patulin är ett annat exempel på en sekundär metabolit, och forskning pågår för att få nya sätt att bekämpa ämnet.

Gener som är involverade i processen med att producera en viss kemisk förening grupperas i svampgenom i ett så kallat biosyntetiskt genkluster (BGC). Detta är användbart för svampar då de kan vara effektivare när de producerar dessa föreningar. Dessa kluster kan sedan styras av olika mekanismer, såsom de brett verksamma globala regulatoriska proteinerna eller mer specifika lokala transkriptionsfaktorer. Transkriptionsfaktorer är proteiner som kan användas för att kontrollera produktionen av en förening i en organism. I svampar kan dessa vara av klassen binukleära zink-transkriptionsfaktorer (BZTF). Dessa har en specifik egenskap och finns bara i svampar. De binder ofta i par när de modulerar metabolismen, eftersom de har en specifik proteinstruktur som gör att de kan hålla ihop. De binder sedan till palindromiska DNA-sekvenser.

Detta examensarbete undersökte regleringen av produktion av patulin i P. expansum, både när det gäller de globala regulatoriska proteiner och för en specifik lokal transkriptionsfaktor som kallas patL, som är relaterad till patulinproduktionen. Arbetet undersöker också situationen för forskning på BZTFs och diskuterar om forskningsresultat från en grupp svampar kan översättas till en annan.

Resultaten visar att många BZTF:er arbetar inte i par, ett mycket större antal än vad man tidigare trodde. Detta innebär att de förmodligen inte binder till de palindromiska DNA-sekvenserna om de binder själva. Resultaten är dock ofullständiga om den specifika proteinstrukturen kan användas som en förutsägelsemetod för hur en given BZTF beter sig. De globala regulatorerna är mycket involverade i produktionen av patulin, och det görs ett förslag för bindningsekvesen för transkriptionsfaktorn patL kanske ser ut. Att bekräfta att proteinet faktiskt binder till just den sekvensen är dock dyrt och mödosamt, och ett förslag om nya datormetoder för att förutsäga bindningsställen görs. (Less)
Popular Abstract
All living things have metabolism and associated metabolites. Some of these are produced constantly, such as when we break down food, or need to move muscles. There are also metabolites called secondary metabolites (SecMets), which are compounds produced by fungi and have key roles relating to how the organism reacts and interacts with its environment. SecMets are of interest to mankind due to their potential use in the pharmaceutical industry, but also to understand fungal behaviour. A good example of a prominent secondary metabolite is the antibiotic penicillin, which is produced by many fungus from the genus Penicillium. P. expansum is a species of mold from the genus, but can't produce the antibiotic and is a wide-spread pathogen which... (More)
All living things have metabolism and associated metabolites. Some of these are produced constantly, such as when we break down food, or need to move muscles. There are also metabolites called secondary metabolites (SecMets), which are compounds produced by fungi and have key roles relating to how the organism reacts and interacts with its environment. SecMets are of interest to mankind due to their potential use in the pharmaceutical industry, but also to understand fungal behaviour. A good example of a prominent secondary metabolite is the antibiotic penicillin, which is produced by many fungus from the genus Penicillium. P. expansum is a species of mold from the genus, but can't produce the antibiotic and is a wide-spread pathogen which infects apples. It causes the apples to rot and also produces the harmful mycotoxin patulin, which is in itself a secondary metabolite and is under a lot of research on ways to prevent it.

Genes which are related to producing a certain compound are in fungi generally grouped together in the genome, in a so-called biosynthetic gene cluster (BGC). This is useful for fungi so that they can be more efficient when producing these compounds. These clusters can then be controlled by different mechanisms, such as widely-impactful global regulator proteins or specific local transcription factors. Transcription factors are proteins which can be used to control the production of a compound in an organism. In fungi these can be of the class binuclear zinc transcription factors (BZTFs). These have a specific characteristic and are only found in fungi. They may work in pairs when modulating metabolism, since they have a specific protein structure which allows them to stick together. They then bind to DNA sites which look palindromic.

This thesis investigated the regulation of patulin production in P. expansum, both in regards to the global regulators but also for a specific local transcription factor called patL, which is known to be related to patulin production. The thesis also explores the state of BZTF research in fungi, and discusses if results from one group of fungi may be translated to another.

The results indicate that many BZTFs work exclusively alone, a much larger number than what was thought. This means that they probably do not bind to the palindromic DNA sites. However, the results are inconclusive if the specific protein structure can be used as a prediction method for how the BZTF behaves. The global regulators are very involved with patulin synthesis, and a suggestion for the binding site of the transcription factor patL is made. However, confirming that the protein binds to the binding site is expensive and laborious, and a proposal for new computer methods to predict binding sites is made. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Hansen Jagrelius, Robert LU
supervisor
organization
course
KBTM05 20211
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
secondary fungal metabolism, penicillium expansum, patulin, binuclear zinc transcription factors, dimerization, deepcoil
language
English
id
9061605
date added to LUP
2021-08-16 09:50:22
date last changed
2021-08-16 09:50:22
@misc{9061605,
  abstract     = {{This thesis investigated the regulation of patulin production in Penicillium expansum in relation to fungal global regulators as well as the cluster-specific binuclear zinc transcription factor (BZTF) patL in silico. It also explored the state of BZTF research in filamentous ascomycetes fungi, and questioned if results in Saccharomyces cerevisiae can be freely translated to other taxonomic groups. Results indicate that a similar percentage of BZTFs bind as homodimers in filamentous ascomycetes as in S. cerevisiae, however, they also suggest that BZTFs are more prone to bind as monomers than previously thought, which could be beneficial in binding site prediction. However, the results are inconclusive if the presence of a coiled-coil domain can be used to predict the type of binding site. Global regulators are involved in a complex regulation system of patulin and 5'- CCBRAAGGAG -3' is identified as a putative binding motif for patL. A new generation of meta binding site prediction tools is proposed.}},
  author       = {{Hansen Jagrelius, Robert}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Binuclear zinc transcription factors and the regulation of patulin biosynthesis in the filamentous Ascomycete Penicillium expansum}},
  year         = {{2021}},
}