Z letno proizvodnjo več kot 700.000 ton je glifosat najbolj razširjen in največji herbicid na svetu.Odpornost plevela in morebitne nevarnosti za ekološko okolje in zdravje ljudi, ki jih povzroča zloraba glifosata, so pritegnili veliko pozornosti.
29. maja je ekipa profesorja Guo Ruitinga iz Državnega ključnega laboratorija za biokatalizo in encimsko inženirstvo, ki so ga skupaj ustanovili Šola za znanosti o življenju Univerze Hubei ter provincialni in ministrski oddelki, objavila najnovejši raziskovalni članek v Journal of Hazardous Materials, ki analizira prva analiza barske trave.AKR4C16 in AKR4C17, pridobljena iz aldo-keto reduktaze (malignega neoluščenega plevela), katalizirata reakcijski mehanizem razgradnje glifosata in močno izboljšata učinkovitost razgradnje glifosata z AKR4C17 z molekularno modifikacijo.
Naraščajoča odpornost na glifosat.
Od svoje uvedbe v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja je bil glifosat priljubljen po vsem svetu in je postopoma postal najcenejši, najbolj razširjen in najbolj produktiven herbicid širokega spektra.Povzroča presnovne motnje v rastlinah, vključno s pleveli, tako da specifično zavira 5-enolpiruvilšikimat-3-fosfat sintazo (EPSPS), ključni encim, ki sodeluje pri rasti in presnovi rastlin.in smrt.
Zato je vzreja transgenih poljščin, odpornih na glifosat, in uporaba glifosata na polju pomemben način zatiranja plevela v sodobnem kmetijstvu.
Vendar pa se je s široko uporabo in zlorabo glifosata postopoma razvilo več deset plevelov, ki so razvili visoko toleranco za glifosat.
Poleg tega gensko spremenjeni pridelki, odporni na glifosat, ne morejo razgraditi glifosata, kar povzroči kopičenje in prenos glifosata v pridelkih, ki se lahko zlahka razširi po prehranski verigi in ogrozi zdravje ljudi.
Zato je nujno odkriti gene, ki lahko razgradijo glifosat, da bi gojili transgene rastline z visoko odpornostjo na glifosat z nizkimi ostanki glifosata.
Razrešitev kristalne strukture in mehanizma katalitične reakcije encimov rastlinskega izvora, ki razgrajujejo glifosat
Leta 2019 sta kitajski in avstralski raziskovalni skupini prvič identificirali dve aldo-keto reduktazi, ki razgrajujeta glifosat, AKR4C16 in AKR4C17, iz pašne trave, odporne na glifosat.Lahko uporabijo NADP+ kot kofaktor za razgradnjo glifosata v netoksično aminometilfosfonsko kislino in glioksilno kislino.
AKR4C16 in AKR4C17 sta prva poročana encima za razgradnjo glifosata, proizvedena z naravnim razvojem rastlin.Da bi nadalje raziskali molekularni mehanizem njihove razgradnje glifosata, je ekipa Guo Ruitinga uporabila rentgensko kristalografijo za analizo razmerja med tema dvema encimoma in visokim kofaktorjem.Kompleksna struktura ločljivosti je razkrila način vezave trojnega kompleksa glifosata, NADP+ in AKR4C17 ter predlagala mehanizem katalitične reakcije razgradnje glifosata, posredovane z AKR4C16 in AKR4C17.
Struktura kompleksa AKR4C17/NADP+/glifosat in reakcijski mehanizem razgradnje glifosata.
Molekularna modifikacija izboljša učinkovitost razgradnje glifosata.
Po pridobitvi finega tridimenzionalnega strukturnega modela AKR4C17/NADP+/glifosata je ekipa profesorja Guo Ruitinga dodatno pridobila mutantni protein AKR4C17F291D s 70-odstotnim povečanjem učinkovitosti razgradnje glifosata z analizo encimske strukture in racionalnim načrtovanjem.
Analiza aktivnosti razgradnje glifosata mutantov AKR4C17.
"Naše delo razkriva molekularni mehanizem AKR4C16 in AKR4C17, ki katalizirata razgradnjo glifosata, kar je pomemben temelj za nadaljnjo modifikacijo AKR4C16 in AKR4C17 za izboljšanje njune učinkovitosti razgradnje glifosata."Ustrezni avtor prispevka, izredni profesor Dai Longhai z univerze Hubei, je dejal, da so skonstruirali mutantni protein AKR4C17F291D z izboljšano učinkovitostjo razgradnje glifosata, ki zagotavlja pomembno orodje za gojenje transgenih pridelkov z visoko odpornostjo na glifosat z nizkimi ostanki glifosata in uporabo mikrobnih inženirskih bakterij za razgradijo glifosat v okolju.
Poroča se, da se ekipa Guo Ruitinga že dolgo ukvarja z raziskavami o strukturni analizi in razpravi o mehanizmih biorazgradnih encimov, terpenoidnih sintaz in ciljnih proteinov zdravil strupenih in škodljivih snovi v okolju.Li Hao, pridruženi raziskovalec Yang Yu in predavatelj Hu Yumei v skupini so soavtorji prispevka, Guo Ruiting in Dai Longhai pa sta soavtorja.
Čas objave: jun-02-2022