7-62: Metaproteomics analysis revealed new insights into the mechanisms of biomass degradation in termite gut

Monday, April 30, 2012
Napoleon Ballroom C-D, 3rd fl (Sheraton New Orleans)
Su Sun1, Shangxian Xie1, Yixiang Zhang1, Weibing Shi1, Jianzhong Sun2, Roger Gold3, Susie Y. Dai4 and Joshua S. Yuan1, (1)Department of Plant Pathology and Microbiology, Texas A&M University, College Station, TX, (2)Coastal Research and Extension Center, Mississippi State University, Poplarville, MS, (3)Department of Entomology, Texas A&M University, College Station, TX, (4)Office of the Texas State Chemist, Texas A&M University, College Station, TX
Comprehensive metatranscriptomics and metaproteomics analysis has been carried out to understand the molecular mechanisms for biomass degradation in termite guts. The overall experimental design includes 

two termite species (Reticulitermes flavipes vs. Coptotermes formosanus) and two parts of gut systems (foregut/midgut vs. hingut) for each species. The study has revealed several features. First, biocatalysts from 

both host species and symbiont work synergistically toward biomass degradation. In particular, about 38.2% of the total proteins in the R. flavipes foreg/midgut were endoglucanase from the termite host, which 

indicated the crucial role of host enzyme for biomass conversion. Even though enzymes from both host and symbiont exist in different gut parts, the host enzymes are more enriched in the forgu/midgut part. The 

observation correlates with traditional studies that most of the microbial species exist in the hindgut, yet also highlights that the synergistics of complementary functionalities between the host and the microbial 

biocatalysts. Second, considering that major lignin and cellulytic enzymes exist in both foreg/midgut and hindgut, the termite gut biomass conversion can be considered as a continuous and simultaneous process. 

Third, despite the similarity among different gut parts, comprehensive profile of lignin degrading enzymes including laccase, catalase, peroxidase, P450, esterase were more enriched in the foregut and midgut, 

whilst much more diverse cellulytic enzymes were found in the hindgut. The results highlighted potential distinct functionality in different gut parts, which can be mimicked in the bioprocessing. We are currently 

cloning and analyzing the major lignin degradation enzymes toward reverse design of biological pretreatment.

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