Construcción de un modelo metabólico a escala genómica de Leucoagaricus gongylophorus para el análisis de su capacidad metabólica

Abstract

Leucoagaricus gongylophorus es un hongo basidiomiceto mutualista de hormigas cortadoras de los géneros Atta y Acromyrmex que a partir de un crecimiento filamentoso y formación de gonglidias, tiene la capacidad metabólica de degradar material lignocelulósico en azúcares y glucógeno, suministrando nutrientes esenciales a la colonia. El estudio de la organización genómica y de los perfiles transcriptómicos de este hongo puede ser clave para comprender los mecanismos de síntesis y secreción de enzimas para degradar material vegetal como CAZymes y FOLymes. El objetivo de este trabajo fue construir el modelo metabólico a escala genómica de L. gongylophorus utilizando datos ómicos y evaluar la capacidad de predecir la producción de glucógeno y enzimas con actividad CAZymes y FOLymes. Se construyó un ensamble genómico de 125 Mbp, diploide y con distribución bimodal de contenido GC. Además, el 75 % del genoma es rico en AT, con baja densidad génica y elementos transponibles, y una región con alta concentración de genes con elevado contenido de GC. La anotación funcional reveló abundantes CAZymes como celulasas, xilanasas y pectinasas, y FOLymes para la degradación de lignina. Utilizando el genoma, se construyó un modelo metabólico a escala genómica iFC550 (783 reacciones, 635 metabolitos, 550 genes), que fue ajustado con datos experimentales para su validación. Los análisis de robustez del modelo identificaron 156 reacciones esenciales y 60 altamente variables, lo que evidencia una red robusta pero flexible. Los transcriptomas en fase exponencial y estacionaria mostraron un mapeo del 91–93 %, con una buena repetitividad de réplicas biológicas y separación entre las condiciones analizadas validada mediante análisis de componentes principales. Los genes expresados diferencialmente destacaron la inducción de rutas de síntesis enzimáticas y transportadores de carbohidratos. La integración de flujos y transcriptómica mostró coordinación global con desacoples puntuales; la PPP oxidativa quedó inactiva mientras la no oxidativa (transketolasa/transaldolasa) abasteció de G3P/F6P a la glucólisis, y el TCA mantuvo flujos bajos. Las simulaciones comparativas y los frentes de Pareto confirmaron una situación compromiso: priorizar enzimas (endocelulasa > lacasa) o glucógeno reduce el crecimiento; la glucosa maximiza Yx/s y reservas por su bajo costo de asimilación, mientras la celulosa desvía carbono a secreción enzimática y la xilosa compensa con la mayor retención global de carbono.