Neotropical termite microbiomes as sources of novel plant cell wall degrading enzymes

In this study, we used shotgun metagenomic sequencing to characterise the microbial metabolic potential for lignocellulose transformation in the gut of two colonies of Argentine higher termite species with different feeding habits, Cortaritermes fulviceps and Nasutitermes aquilinus. Our goal was to assess the microbial community compositions and metabolic capacity, and to identify genes involved in lignocellulose degradation. Individuals from both termite species contained the same five dominant bacterial phyla (Spirochaetes, Firmicutes, Proteobacteria, Fibrobacteres and Bacteroidetes) although with different relative abundances. However, detected functional capacity varied, with C. fulviceps (a grass-wood-feeder) gut microbiome samples containing more genes related to amino acid metabolism, whereas N. aquilinus (a wood-feeder) gut microbiome samples were enriched in genes involved in carbohydrate metabolism and cellulose degradation. The C. fulviceps gut microbiome was enriched specifically in genes coding for debranching- and oligosaccharide-degrading enzymes. These findings suggest an association between the primary food source and the predicted categories of the enzymes present in the gut microbiomes of each species. To further investigate the termite microbiomes as sources of biotechnologically relevant glycosyl hydrolases, a putative GH10 endo-β-1,4-xylanase, Xyl10E, was cloned and expressed in Escherichia coli. Functional analysis of the recombinant metagenome-derived enzyme showed high specificity towards beechwood xylan (288.1 IU/mg), with the optimum activity at 50 °C and a pH-activity range from 5 to 10. These characteristics suggest that Xy110E may be a promising candidate for further development in lignocellulose deconstruction applications. Fil: Romero Victorica, Matias. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina Fil: Soria, Marcelo Abel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales; Argentina Fil: Batista García, Ramón Alberto. Universidad Autónoma del Estado de Morelos.; México Fil: Ceja Navarro, Javier A.. Lawrence Berkeley National Laboratory; Estados Unidos Fil: Vikram, Surendra. University of the Witwatersrand; Sudáfrica Fil: Ortiz, Maximiliano. University of Pretoria; Sudáfrica Fil: Ontañon, Ornella Mailén. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina Fil: Ghio, Silvina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina Fil: Martínez Ávila, Liliana. Universidad Autónoma del Estado de Morelos.; México Fil: Quintero García, Omar Jasiel. Universidad Autónoma del Estado de Morelos.; México Fil: Etcheverry, Clara. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas Naturales y Agrimensura. Departamento de Biología. Cátedra Biología de los Invertebrados; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina Fil: Campos, Eleonora. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina Fil: Cowan, Donald Arthur. University of Pretoria; Sudáfrica Fil: Arneodo Larochette, Joel Demián. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina Fil: Talia, Paola Monica. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina