Current understanding of brown-rot fungal biodegradation mechanisms: A review

ACS Symposium Series

Volumn 1158, Issue , 2014, Pages 3-21

  Arantes, Valdeir ^a   Goodell, Barry ^b  

^a UNIVERSITY OF BRITISH COLUMBIA   (Canada)

^b VIRGINIA POLYTECHNIC INSTITUTE AND STATE UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BIOLOGICAL MATERIALS; FOOD PRESERVATIVES; FUNGI; MICROBIOLOGY;

BIOLOGICAL DECOMPOSITION; BROWN ROT FUNGI; ENVIRONMENTALLY BENIGN; LIGNOCELLULOSIC MATERIAL; ORGANIC WOOD; TWO-STEP PROCESS; WOOD-ROTTING BASIDIOMYCETES; WOODY BIOMASS;

BIODEGRADATION;

EID: 84905381923     PISSN: 00976156     EISSN: 19475918     Source Type: Book Series    
DOI: 10.1021/bk-2014-1158.ch001     Document Type: Article

References (112)

1. Bagley, S. T; Richter, D. L. In Industrial Applications; Osiewacz, H. D., Ed.; Springer: Berlin, 2002; Vol. 10, pp 327-341.
2. Goodell, B. Wood Deterioration and Preservation: Advances in Our Changing World; Goodell, B., Nicholas, D., Schultz, T., Eds.; ACS Symposium Series 845; American Chemical Society: Washington, DC, 2003; pp 97-118.
3. Zabel, R. A.; Morrell, J. J. Wood Microbiology: Decay and its Prevention; Academic Press, Inc.: San Diego, CA, 1992; pp 476.
4. Cowling, E. B. USDA Tech. Bull. 1961, 1258, 79.
5. Schmidt, C. J.; Whitten, B. K.; Nicholas, D. D. Proc. Am. Wood-Preserv. Assoc. 1981, 77, 157-164.
6. Hyde, S. M.; Wood, P. M. Int. Res. Group Wood Preserv. 1995 Doc. 95- 10104.
7. Tanaka, H.; Fuse, G.; Enoki, A. Mokuzai Gakkaishi 1991, 37, 986-988.
8. Hirano, T.; Tanaka, H.; Enoki, A. Mokuzai Gakkaishi 1995, 41, 334-341.
9. Goodell, B.; Jellison, J.; Liu, J.; Daniel, G.; Paszczynski, A.; Fekete, F.; Krishnamurthy, S.; Jun, L.; Xu, G. J. Biotechnol. 1997, 53, 133-162.
10. Arantes, V.; Milagres, A. M. F. Quim Nova 2009, 30, 1586-1595.
11. Arantes, V; Milagres, A. M. F. J. Chem. Technol. Biotechnol. 2006, 81, 413-419.
12. Jensen, J. R. K. A.; Ryan, Z. C.; Wymelenberg, A. V.; Cullen, D.; Hammel, K. Appl. Environ. Microbiol. 2002, 68, 2699-2703.
13. Hammel, K. E.; Kapich, A. N.; Jensen, K. A. Jr; Ryan, Z. C. Enzyme Microb. Technol. 2002, 30, 445-453.
14. Karripally, P.; Timokhin, V. I.; Houtman, C. J.; Mozuch, M. D.; Hammel, K. E. Appl. Environ. Microbiol. 2013, 79, 2377-2383.
15. Martinez, D.; Challacombe, J.; Morgenstern, I.; Hibbett, D.; Schmoll, M.; Kubicek, C. P.; Ferreira, P.; Ruiz-Duenas, F. J.; Martinez, A. T.; Kersten, P.; et al. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 1954-1959.
16. Enoki, A.; Itakura, S.; Tanaka, H. Biotechnology 1997, 53, 265-272.
17. Kerem, Z.; Jensen, K. A.; Hammel, K. E. FEBS Lett. 1999, 446, 49-54.
18. Paszczynski, A.; Crawford, R.; Funk, D.; Goodell, B. Appl. Environ. Microbiol. 1999, 65, 674-679.
19. Liese, W. Annu. Rev. Phytopathol. 1970, 8, 231-257.
20. Gilbertson;, R. L. Mycologia 1980, 72, 1-49.
21. Wilcox, W. W.; Parameswaran, N.; Liese, W. Holzforschung 1974, 28, 211-217.
22. McFee, W. W.; Stone, E. L. Soil Sci. Soc. Am. J. 1966, 29, 432-436.
23. Eastwood, D. C.; Floudas, D.; Binder, M.; Majcherczyk, A.; Schneider, P.; Aerts, A.; Asiegbu, F. O.; Baker, S. E.; Barry, K.; Bendiksby, M.; Blumentritt, M.; Coutinho, P. M.; Cullen, D.; de Vries, R. P.; Gathman, A.; Goodell, B.; Henrissat, B.; Ihrmark, K.; Kauserud, H.; Kohler, A.; LaButti, K.; Lapidus, A.; Lavin, J. L.; Lee, Y-H.; Lindquist, E.; Lilly, W.; Lucas, S.; Morin, E.; Murat, C.; Oguiza, J. A.; Park, J.; Pisabarro, A. G.; Riley, R.; Rosling, A.; Salamov, A.; Schmidt, O.; Schmutz, J.; Skrede, I.; Stenlid, J.; Wiebenga, A.; Xie, X.; Kuües, U.; Hibbett, D. S.; Hoffmeister, D.; Högberg, N.; Martin, F.; Grigoriev, I. V.; Watkinson, S. C. Science 2011, 333, 762-765.
24. Hibbett, D. S.; Donoghue, M. J. Syst. Biol. 2001, 50, 215-242.
25. Martinez, D.; Challacombe, J.; Morgenstern, I.; Hibbett, D.; Schmoll, M.; Kubicek, C. P.; Ferreira, P.; Ruiz-Duenas, F. J.; Martinez, A. T.; Kersten, P.; Hammel, K. E.; Vanden Wymelenberg, A.; Gaskell, J.; Lindquist, E.; Sabat, G.; Bondurant, S. S.; Larrondo, L. F.; Canessa, P.; Vicuna, R.; Yadav, J.; Doddapaneni, H.; Subramanian, V.; Pisabarro, A. G.; Lavin, J. L.; Oguiza, J. A.; Master, E.; Henrissat, B.; Coutinho, P. M.; Harris, P.; Magnuson, J. K.; Baker, S. E.; Bruno, K.; Kenealy, W.; Hoegger, P. J.; Kues, U.; Ramaiya, P.; Lucas, S.; Salamov, A.; Shapiro, H.; Tu, H.; Chee, C. L.; Misra, M.; Xie, G.; Teter, S.; Yaver, D.; James, T.; Mokrejs, M.; Pospisek, M.; Grigoriev, I. V.; Brettin, T.; Rokhsar, D.; Berka, R.; Cullen, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 1954-1959.
26. Hori, C.; Gaskell, J.; Igarashi, K.; Samejima, M.; Hibbett, D. S.; Henrissat, B.; Cullen, D. Mycologia 2013, 105, 1412-1427.
27. Filley, T. R.; Cody, G. D.; Goodell, B.; Jellison, J.; Noser, C.; Ostrofsky, A. Org. Geochem. 2002, 33, 111-124.
28. Xu, G.; Goodell, B. J. Biotechnol. 2001, 87, 43-57.
29. Daniel, G. FEMS Microbiol. Rev. 1994, 13, 199-233.
30. Kuo, M.-L.; Stokke, D. D.; McNabb, H. S. Wood Fiber Sci. 1998, 20, 405-414.
31. Illman, B.; Highley, T. L. In Biodeterioration Research; Llewellyn, G. C., Ed.; Perseus Books, Basic Books: New York, 1989; Vol 2.
32. Kim, Y. S.; Goodell, B.; Jellison, J. Holzforschung 1991, 45, 389-393.
33. Sachs, I. B.; Clark, I. T.; Pew, J. C. J. Polym. Sci. 1963, C-2, 203-212.
34. Blanchette, R. A.; Burnes, T. A.; Eerdmans, M. M.; Akhtar, M. Holzforschung 1992, 46, 106-115.
35. Curling, S.; Clausen, C. A.; Winandy, J. E. Int. Res. Group Wood Preserv. 2001 Doc. 01-20219.
36. Winandy, J.; Morrell, J. Wood Fiber Sci. 1993, 25, 278-288.
37. Halliwell, G. Biochem. J. 1965, 95, 35-40.
38. Koenigs, J. W. Mater. Org. 1972, 7, 133-147.
39. Koenigs, J. W. Wood Fiber 1974, 6, 66-80.
40. Koenigs, J. W. Cellulose as a Chemical and Energy Resource. In Symposium 5, Biotechnology and Bioengineering; Wilke, C. R., Ed.; Wiley: New York, 1975; Vol. 5, pp 151-159.
41. Highley, T. L. Mater. Org. 1977, 12, 161-174.
42. Blanchette, R. A.; Krueger, E. W.; Haight, J. E.; Akhtar, M.; Akin, D. E. J. Biotechnol. 1997, 53, 203-213.
43. Flournoy, D. S.; Kirk, T. K.; Highley, T. L. Holzforschung 1991, 45, 383-388.
44. Dutton, M. V.; Evans, C. S.; Atkey, P. T.; Wood, D. A. Appl. Microbiol. Biotechnol. 1993, 39, 5-10.
45. Takao, S. Appl. Microbiol. 1965, 13, 732-737.
46. Lee, S. O.; Tran, T.; Park, Y. Y.; Kim, S. J.; Kim, M. J. Intern. J. Miner. Process 2006, 80, 144-152.
47. Arantes, V.; Qian, Y.; Milagres, A. M. F.; Jellison, J.; Goodell, B. Int. Biodeterior. Biodegrad. 2009, 63, 478-483.
48. Goodell, B. In Wood Deterioration and Preservation: Advances in Our Changing World; Goodell, B., Nicholas, D. D., Schultz, T. P., Eds.; ACS Symposium Series 845; American Chemical Society: Washington, DC, 2003; pp 97-118.
49. Goodell, B.; Qian, Y.; Jellison, J. In Development of Commercial Wood Preservatives: Efficacy, Environmental, and Health Issues; Schultz, T., Nicholas, D., Militz, H., Freeman, M. H., Goodell, B., Eds.; ACS Symposium Series 982; American Chemical Society: Washington, DC, 2008; pp 9-31.
50. Daniel, G.; Volc, J.; Filonova, L.; Plíhal, O.; Kubátová, H. P. Appl. Environ. Microbiol. 2007, 73, 6241-6253.
51. Hyde, S. M.; Wood, P. M. Microbiology 1997, 143, 259-266.
52. Niemenmaa, O.; Uusi-Rauva, A.; Hatakka, A. Biodegradation 2007, 19, 555-565.
53. Vanden Wymelenberg, A.; Gaskell, J.; Mozuch, M.; Sabat, G.; Ralph, J.; Skyba, O.; Mansfield, S. D.; Blanchette, R. A.; Martinez, D.; Grigoriev, I.; Kersten, P. J.; Cullen, D. Appl. Environ. Microbiol. 2010, 76, 3599-3610.
54. Hastrup, A. C. S.; Jensen, T. Ø.; Jensen, B. Holzforschung 2012, 67, 99-106.
55. Shimokawa, T.; Nakamura, M.; Hayashi, N.; Ishihara, M. Holzforschung 2004, 58, 305-310.
56. Suzuki, M. R.; Hung, C. G.; Houtman, C. J.; Dalebroux, Z. D.; Hammel, K. E. Environ. Microbiol. 2006, 8, 2214-2223.
57. Jellison, J.; Connolly, J. H.; Goodell, B.; Doyle, B.; Illman, B.; Fekete, F.; Ostrofsky, A. Int. Biodeterior. Biodegrad. 1997, 39, 165-179.
58. Wei, D.; Houtman, C. J.; Kapich, A. N.; Hunt, C. G.; Cullen, D.; Hammel, K. E. Appl. Environ. Microbiol. 2010, 76, 2091-2097.
59. Suzuki, M. R.; Hung, C. G.; Houtman, C. J.; Dalebroux, Z. D.; Hammel, K. E. Environ. Microbiol. 2006, 8, 2214-2223.
60. Newcombe, D.; Paszczynski, A.; Gajewska, W.; Kroger, M.; Feis, G.; Crawford, R. Enzyme Microb. Technol. 2002, 30, 506-517.
61. Shimokawa, T.; Nakamura, M.; Hayashi, N.; Ishihara, M. Holzforschung 2004, 58, 305-310.
62. Buettner, G. R. Arch. Biochem. Biophys. 1993, 300, 535-543.
63. Halliwell, B.; Gutteridge, J. M. C. Free Radicals in Biology and Medicine; Oxford University Press: Oxford, 1999.
64. Goodell, B.; Daniel, G.; Jellison, J.; Qian, Y. Holzforschung 2006, 60, 630-636.
65. Arantes, V.; Qian, Y.; Kelley, S. S.; Milagres, A. M. F.; Filley, T. R.; Jellison, J.; Goodell, B. J. Biol. Inorg. Chem. 2009, 8, 1253-1263.
66. Goodell, B.; Qian, Y.; Jellison, J.; Richard, M.; Qi, W. In Progress in Biotechnology, Biotechnology in the Pulp and Paper Industry; Viikari, L., Lantto, R., Eds.; Elsevier: Amsterdam, 2002; Vol. 21; pp 37-78.
67. Hyde, S. M.; Wood, P. M. Microbiology 1997, 143, 259-266.
68. Korripally, P.; Timokhin, V. I.; Houtman, C. J.; Mozuch, M. D.; Hammel, K. E. Appl. Environ. Microbiol. 2013, 79, 2377-2383.
69. Arantes, V.; Milagres, A. M. F.; Filley, T. R.; Goodell, B. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2011, 38, 541-555.
70. Yelle, D. J.; Ralph, J.; Lu, F.; Hammel, K. E. Environ. Microbiol. 2008, 10, 1844-1849.
71. Martinez, A. T.; Rencoret, J.; Nieto, L.; Jiménez-Barbero, J.; Gutiérrez, A.; del Río, J. C. Environ. Microbiol. 2011, 13, 96-107.
72. Jensen, J. R. K. A.; Ryan, Z. C.; Wymelenberg, A. V.; Cullen, D.; Hammel, K. Appl. Environ. Microbiol. 2002, 68, 2699-2703.
73. Pratch, J.; Boenigk, J.; Isenbeck-Schroter, M.; Keppler, F.; Scholer, F. H. Chemosphere 2001, 44, 613-619.
74. Qi, W.; Jellison, J. Int. Biodeterior. Biodegrad. 2004, 54, 53-60.
75. Cohen, R.; Suzuki, M. R.; Hammel, K. E. Appl. Environ. Microbiol. 2004, 70, 324-331.
76. Hyde, S. M.; Wood, P. M. Microbiology 1997, 143, 259-266.
77. Enoki, A.; Hirano, T.; Tanaka, H. Mater. Org. 1992, 27, 247-261.
78. Microbial and Enzymatic Degradation of Wood and Wood Components; Eriksson, K. E. L., Blanchette, R. A., Ander, P., Eds.; Springer: Berlin, 1990; pp 1-72.
79. Wood, T. M.; McCrae, S. I.; Bhat, K. M. Biochem. J. 1989, 260, 37-43.
80. Kirk, K; Ibach, R; Mozuch, M. D.; Conner, A. H.; Highley, T. L. Holzforschung 1991, 45, 239-244.
81. Highley, T. L.; Dashek, W. V. In Forest Products Biotechnology; Palfreyman, J. W., Ed.; Taylor and Francis: London, 1998; pp 15-36.
82. Howell, C. A.; Hastrup, C.; Goodell, B.; Jellison, J. Int. Biodeterior. Biodegrad. 2009, 63, 414-419.
83. Kleman-Leyer, K.; Agosin, E.; Conner, A. H.; Kirk, K. Appl. Environ. Microbiol. 1992, 58, 1266-1270.
84. Fackler, K.; Stevanic, J. S.; Ters, T.; Hinterstoisser, B.; Schwanninger, M.; Salmén, L. Enzyme Microb. Technol. 2010, 47, 257-267.
85. Fackler, K.; Schwanninger, M. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2012, 96, 587-99.
86. Highley, T. L. Mater. Org. 1987, 21, 39-45.
87. Monrroy, M.; Ortega, I.; Ramírez, M.; Baeza, J.; Freer, J. Enzyme Microb. Technol. 2011, 49, 472-477.
88. Schilling, J. S.; Tewalt, J. P.; Duncan, S. M. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2009, 84, 465-475.
89. Schmidhalter, D. R.; Canevascini, G. Arch. Biochem. Biophys. 1993, 300, 551-558.
90. Martinez, D.; Challacombe, J.; Morgenstern, I.; Hibbett, D.; Schmoll, M.; Kubicek, C. P.; Ferreira, P.; Ruiz-Duenas, F. J.; Martinez, A. T.; Kersten, P.; Hammel, K. E.; Vanden Wymelenberg, A.; Gaskell, J.; Lindquist, E.; Sabat, G.; Bondurant, S. S.; Larrondo, L. F.; Canessa, P.; Vicuna, R.; Yadav, J.; Doddapaneni, H.; Subramanian, V.; Pisabarro, A. G.; Lavin, J. L.; Oguiza, J. A.; Master, E.; Henrissat, B.; Coutinho, P. M.; Harris, P.; Magnuson, J. K.; Baker, S. E.; Bruno, K.; Kenealy, W.; Hoegger, P. J.; Kues, U.; Ramaiya, P.; Lucas, S.; Salamov, A.; Shapiro, H.; Tu, H.; Chee, C. L.; Misra, M.; Xie, G.; Teter, S.; Yaver, D.; James, T.; Mokrejs, M.; Pospisek, M.; Grigoriev, I. V.; Brettin, T.; Rokhsar, D.; Berka, R.; Cullen, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 1954-1959.
91. Nilsson, T. Mater. Org. 1974, 9, 173-198.
92. Murmannis, L.; Highley, T. L.; Palmer, J. G. Wood Sci. Technol. 1988, 22, 59-66.
93. Rättö, M.; Ritschkoff, A. C.; Viikari, L. Appl. Microbiol. Biotechnol. 1997, 48, 53-57.
94. Ringman, R.; Pilgård, A.; Richter, K. Int. Biodeterior. Biodegrad. 2014, 86, 86-91.
95. Barr, D. P.; S. D. Aust, S. D. Environ. Sci. Technol. 1994, 28, 78A-87A.
96. Agosin, E.; Jarpa, S.; Rojas, E.; Espejo, E. Enzyme Microb. Technol. 1989, 11, 511-517.
97. Koenig, A. B.; Sleighter, R. L.; Salmon, E.; Hatcher, P. G. J. Wood Chem. Technol. 2010, 30, 61-85.
98. Kirk, T. K. Holzforschung 1975, 29, 99-107.
99. Kirk, T. K.; Adler, E. Acta Chem. Scand. 1970, 24, 3379-3390.
100. Jin, L.; Schultz, T. P.; Nicholas, D. D. Holzforschung 1990, 44, 133-138.
101. Machuca, A.; Ferraz, A. Enzyme Microb. Technol. 2001, 29, 386-391.
102. Milagres, A. M. F.; Sales, R. Enzyme Microb. Technol. 2001, 28, 522-526.
103. Howard, J. A. In Free Radical; Kotchi, J. K., Ed.; Wiley: New York, 1973, pp 3-62.
104. Snook, M. E.; Hamilton, G. A. J. Am. Chem. Soc. 1974, 96, 860-869.
105. Davis, M. F.; Schroeder, H. A.; Maciel, G. E. Holzforschung 1994, 48, 301-307.
106. Martínez, A. T.; González, A. E.; Valmaseda, M.; Dale, B. E.; Lambregts, M. J.; Haw, J. F. Holzforschung 1991, 45, 49-54.
107. Sun, Q. N.; Qin, T. F.; Li, G. Y. Int. J. Polym. Anal. Chem. 2009, 14, 19-33.
108. Harvey, P. J.; Schoemaker, H. E.; Palmer, J. M. FEBS Lett. 1986, 195, 242-246.
109. Schultz, T. P.; Nicholas, D. D. Phytochemistry 2000, 54, 47-52.
110. Goodell, B.; Jellison, J.; Liu, J.; Krishnamurthy, S. U.S. Patent 6, 046, 375.
111. Sen, S.; Tascioglu, C.; Tirak, K. Int. Biodeterior. Biodegrad. 2009, 63, 135-141.
112. Schultz, T. P.; Nicholas, D. D.; Henry, W. P.; Pittman, C. U.; Wipf, D. O.; Goodell, B. Wood Fiber Sci. 2005, 37, 175-184.