Με ετήσια παραγωγή άνω των 700.000 τόνων, το glyphosate είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο και μεγαλύτερο ζιζανιοκτόνο στον κόσμο.Η αντοχή στα ζιζάνια και οι πιθανές απειλές για το οικολογικό περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία που προκαλούνται από την κατάχρηση του glyphosate έχουν προσελκύσει μεγάλη προσοχή.
Στις 29 Μαΐου, η ομάδα του καθηγητή Guo Ruiting από το State Key Laboratory of Biocatalysis and Enzyme Engineering, που ιδρύθηκε από κοινού από το School of Life Sciences του Πανεπιστημίου Hubei και τα επαρχιακά και υπουργικά τμήματα, δημοσίευσε την τελευταία ερευνητική εργασία στο Journal of Hazardous Materials, αναλύοντας η πρώτη ανάλυση του γρασιδιού.Η αλδο-κετο αναγωγάση AKR4C16 και AKR4C17 που προέρχεται από (ένα κακόηθες αναποφλοίωτο ζιζάνιο) καταλύουν τον μηχανισμό αντίδρασης της αποδόμησης του glyphosate και βελτιώνουν σημαντικά την αποτελεσματικότητα αποικοδόμησης του glyphosate από το AKR4C17 μέσω μοριακής τροποποίησης.
Αυξανόμενη αντίσταση στο glyphosate.
Από την εισαγωγή του στη δεκαετία του 1970, το glyphosate είναι δημοφιλές σε όλο τον κόσμο και σταδιακά έχει γίνει το φθηνότερο, πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο και πιο παραγωγικό ζιζανιοκτόνο ευρέος φάσματος.Προκαλεί μεταβολικές διαταραχές στα φυτά, συμπεριλαμβανομένων των ζιζανίων, αναστέλλοντας ειδικά τη συνθάση της 5-ενολπυρουβυλσικιμάτ-3-φωσφορικής (EPSPS), ένα βασικό ένζυμο που εμπλέκεται στην ανάπτυξη και το μεταβολισμό των φυτών.και θάνατος.
Επομένως, η αναπαραγωγή διαγονιδιακών καλλιεργειών ανθεκτικών στο glyphosate και η χρήση glyphosate στο χωράφι είναι ένας σημαντικός τρόπος για τον έλεγχο των ζιζανίων στη σύγχρονη γεωργία.
Ωστόσο, με την ευρεία χρήση και κατάχρηση του glyphosate, δεκάδες ζιζάνια έχουν σταδιακά εξελιχθεί και έχουν αναπτύξει υψηλή ανοχή σε glyphosate.
Επιπλέον, οι γενετικά τροποποιημένες καλλιέργειες ανθεκτικές στο glyphosate δεν μπορούν να αποσυνθέσουν το glyphosate, με αποτέλεσμα τη συσσώρευση και μεταφορά του glyphosate στις καλλιέργειες, το οποίο μπορεί εύκολα να εξαπλωθεί μέσω της τροφικής αλυσίδας και να θέσει σε κίνδυνο την ανθρώπινη υγεία.
Ως εκ τούτου, είναι επείγον να ανακαλυφθούν γονίδια που μπορούν να αποικοδομήσουν το glyphosate, έτσι ώστε να καλλιεργηθούν διαγονιδιακές καλλιέργειες υψηλής αντοχής στο glyphosate με χαμηλά υπολείμματα glyphosate.
Επίλυση της κρυσταλλικής δομής και του μηχανισμού καταλυτικής αντίδρασης των φυτικών ενζύμων αποικοδόμησης glyphosate
Το 2019, κινεζικές και αυστραλιανές ερευνητικές ομάδες εντόπισαν δύο αλδο-κετο-ρεδουκτάσες που αποικοδομούν το glyphosate, AKR4C16 και AKR4C17, για πρώτη φορά από ανθεκτικό στο glyphosate γρασίδι.Μπορούν να χρησιμοποιήσουν το NADP+ ως συμπαράγοντα για την αποικοδόμηση του glyphosate σε μη τοξικό αμινομεθυλοφωσφονικό οξύ και γλυοξυλικό οξύ.
Τα AKR4C16 και AKR4C17 είναι τα πρώτα αναφερόμενα ένζυμα αποικοδόμησης γλυφοσάτης που παράγονται από τη φυσική εξέλιξη των φυτών.Προκειμένου να διερευνήσει περαιτέρω τον μοριακό μηχανισμό της αποδόμησής τους της γλυφοσάτης, η ομάδα του Guo Ruiting χρησιμοποίησε κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ για να αναλύσει τη σχέση μεταξύ αυτών των δύο ενζύμων και του υψηλού συμπαράγοντα.Η πολύπλοκη δομή της ανάλυσης αποκάλυψε τον τρόπο δέσμευσης του τριμερούς συμπλόκου του glyphosate, NADP+ και AKR4C17 και πρότεινε τον μηχανισμό καταλυτικής αντίδρασης της αποικοδόμησης glyphosate που προκαλείται από AKR4C16 και AKR4C17.
Δομή του συμπλόκου AKR4C17/NADP+/glyphosate και μηχανισμός αντίδρασης αποδόμησης glyphosate.
Η μοριακή τροποποίηση βελτιώνει την αποτελεσματικότητα αποικοδόμησης του glyphosate.
Μετά την απόκτηση του λεπτού τρισδιάστατου δομικού μοντέλου του AKR4C17/NADP+/glyphosate, η ομάδα του καθηγητή Guo Ruiting απέκτησε περαιτέρω μια μεταλλαγμένη πρωτεΐνη AKR4C17F291D με 70% αύξηση στην αποτελεσματικότητα αποικοδόμησης του glyphosate μέσω ανάλυσης ενζυμικής δομής και ορθολογικής ανάλυσης.
Ανάλυση δραστικότητας αποικοδόμησης glyphosate των μεταλλαγμάτων AKR4C17.
«Η εργασία μας αποκαλύπτει τον μοριακό μηχανισμό των AKR4C16 και AKR4C17 που καταλύουν την αποδόμηση του glyphosate, το οποίο θέτει μια σημαντική βάση για την περαιτέρω τροποποίηση των AKR4C16 και AKR4C17 για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας αποδόμησης του glyphosate».Ο ανταποκριτής συγγραφέας της εργασίας, ο αναπληρωτής καθηγητής Dai Longhai του Πανεπιστημίου Hubei είπε ότι κατασκεύασαν μια μεταλλαγμένη πρωτεΐνη AKR4C17F291D με βελτιωμένη απόδοση αποικοδόμησης glyphosate, η οποία παρέχει ένα σημαντικό εργαλείο για την καλλιέργεια διαγονιδιακών καλλιεργειών υψηλής αντοχής στο glyphosate με χαμηλό glyphosate με χρήση μικροβακτηριδίων με χαμηλό glyphosate. αποικοδομούν το glyphosate στο περιβάλλον.
Αναφέρεται ότι η ομάδα του Guo Ruiting ασχολείται εδώ και καιρό με την έρευνα σχετικά με την ανάλυση της δομής και τη συζήτηση μηχανισμών των ενζύμων βιοαποικοδόμησης, των τερπενοειδών συνθασών και των πρωτεϊνών-στόχων φαρμάκων τοξικών και επιβλαβών ουσιών στο περιβάλλον.Ο Li Hao, ο συνεργάτης ερευνητής Yang Yu και ο λέκτορας Hu Yumei στην ομάδα είναι οι πρώτοι συγγραφείς της εργασίας και οι Guo Ruiting και Dai Longhai είναι οι συν-αντίστοιχοι συγγραφείς.
Ώρα δημοσίευσης: Ιουν-02-2022