Computational identification and characterization of chitinase 1 and chitinase 2 from neotropical isolates of Beauveria bassiana

Abstract

Resumen. Beauveria bassiana es un hongo entomopatógeno que se ha utilizado ampliamente en aplicaciones agronómicas, principalmente como controlador biológico. Este hongo emplea enzimas quitinasas para degradar la quitina, uno de los componentes principales de la cutícula de insectos y de la pared celular de los hongos. Hasta hace poco, la información genómica sobre los aislados neotropicales era limitada. Se estudiaron seis genomas completos de B. bassiana de origen neotropical, junto con otras secuencias de referencia, para identificar genes de quitinasa y sus proteínas correspondientes, las cuales fueron curadas y caracterizadas utilizando diversas herramientas bioinformáticas. Realizamos un estudio computacional para resaltar las diferencias y similitudes funcionales de las proteínas quitinasas en estos aislados neotropicales. Se identificaron once genes de quitinasa 1, categorizados como quitinasa 1.1 y quitinasa 1.2. Además, se identificaron cinco genes de quitinasa 2. Se determinó que la quitinasa 1.1 y 1.2 son posibles parálogos. Por otro lado, la quitinasa 2 mostró una alta conservación de secuencia. Todas las quitinasas presentaron el dominio catalítico de la familia 18 de las glicosil hidrolasas y se clasificaron como quitinasas tipo II. Además, en todas predominaban las estructuras secundarias de alfa hélice y random coil. Sin embargo, se observaron diferencias en sus características fisicoquímicas. Curiosamente, los parámetros fisicoquímicos de la quitinasa 1.1 fueron más similares a los de la quitinasa 2 que a los de la quitinasa 1.2. Por otro lado, se encontró que CHIT1 posee un péptido señal mientras que en CHIT2 está completamente ausente. Esto implica que CHIT1 podría estar asociada con procesos de infección, mientras que CHIT2 podría estar involucrada en la morfogénesis y el crecimiento celular. Por lo tanto, nuestro trabajo destaca la importancia de los estudios computacionales sobre aislados locales, proporcionando recursos valiosos para una validación experimental adicional. Los cambios intrínsecos dentro de las especies locales pueden impactar significativamente nuestra comprensión de las interacciones complejas entre patógenos y huéspedes y ofrecer aplicaciones prácticas, como el control biológicoAbstract. Beauveria bassiana is an entomopathogenic fungus that has been widely used in agronomic applications, mainly as a biological controller. This fungus uses chitinase enzymes to degrade chitin, a major component of insect cuticle and fungal cell wall. Until recently, genomic information on Neotropical isolates was limited. Six complete genomes of B. bassiana of neotropical origin, together with other reference sequences, were screened to identify chitinase genes and their corresponding proteins, which were curated and characterised using various bioinformatics tools. We performed a computational study to highlight the differences and functional similarities of the chitinase proteins in these Neotropical isolates. Eleven chitinase 1 genes were identified, categorised as chitinase 1.1 and chitinase 1.2. In addition, five chitinase 2 genes were identified. Chitinase 1.1 and 1.2 were determined to be possible paralogues. On the other hand, chitinase 2 showed high sequence conservation. All chitinases displayed the catalytic domain of the glycosyl hydrolase family 18 and were classified as type II chitinases. In addition, all were dominated by alpha-helix and random coil secondary structures. However, differences in their physicochemical characteristics were observed. Interestingly, the physicochemical parameters of chitinase 1.1 were more similar to those of chitinase 2 than to those of chitinase 1.2. On the other hand, CHIT1 was found to possess a signal peptide while CHIT2 is completely absent. This implies that CHIT1 might be associated with infection processes, whereas CHIT2 might be involved in cell morphogenesis and growth. Therefore, our work highlights the importance of computational studies on local isolates, providing valuable resources for further experimental validation. Intrinsic changes within local species may significantly impact our understanding of complex pathogen-host interactions and offer practical applications, such as biological control.