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Evidência de seleção positiva em genes relacionados à xilose sugerem metilglioxal redutases como alvo para a melhoria da fermentação das leveduras na indústria

Resumo

A assimilação e a fermentação da xilose são características importantes para a produção de etanol de segunda geração. No entanto, algumas características genômicas associadas ao metabolismo deste açúcar pentose permanecem desconhecidas em leveduras. Estudos genômicos comparativos levaram a importantes insights neste campo, mas ainda estamos longe de entender completamente o metabolismo de xilose endógeno de leveduras. Neste trabalho, realizamos uma profunda análise evolutiva de genômica comparativa de leveduras consumidoras de xilose, buscando evidências de seleção positiva em genes associados ao metabolismo de glicose e xilose no clado de leveduras fermentadoras de xilose. Nossa investigação detectou impressões digitais de seleção positiva neste clado, não apenas entre sequências de genes importantes para o metabolismo da xilose, como a xilose redutase e xilitol desidrogenase, mas também em genes nos quais se espera evolução neutra, como o gene fosfoglicerato mutase da via glicolítica. Além disso, apresentamos expansão, marcas de seleção positiva e convergência como evidências que sustentam a hipótese de que a seleção natural está moldando a evolução das pouco estudadas metilglioxal redutases. Propomos um modelo metabólico sugerindo que códons selecionados entre estas proteínas causaram uma mudança putativa na preferência de cofator de NADPH para NADH que alivia o desequilíbrio redox celular. Essas descobertas fornecem uma visão mais ampla sobre o metabolismo das pentoses pelas leveduras e adicionam essa peça anteriormente negligenciada ao intrincado quebra-cabeça do desequilíbrio oxidativo. Embora seja amplamente discutido em trabalhos evolutivos, a consciência dos padrões de seleção é recente em pesquisas de biotecnologia, fornecendo insights para superar o status quo atingido em muitas de suas subáreas. (AU)