A glifozát, amelynek éves termelése meghaladja a 700 000 tonnát, a világ legszélesebb körben használt és legnagyobb mennyiségben előállított gyomirtó szere. A gyomnövényekkel szembeni rezisztencia, valamint a glifozáttal való visszaélés által az ökológiai környezetre és az emberi egészségre gyakorolt potenciális veszélyek nagy figyelmet kaptak.
Május 29-én Guo Ruiting professzor csapata, a Hubei Egyetem Élettudományi Kara, valamint a tartományi és minisztériumi osztályok által közösen létrehozott Állami Biokatalízis és Enzimmérnöki Laboratóriumból, megjelentette legújabb kutatási cikkét a Journal of Hazardous Materials folyóiratban, amelyben az istállópázsit első elemzését elemzik. Az (egy rosszindulatú rizsgyom) által termelt aldo-keto-reduktáz AKR4C16 és AKR4C17 katalizálják a glifozát lebontásának reakciómechanizmusát, és molekuláris módosítás révén jelentősen javítják a glifozát lebontásának hatékonyságát az AKR4C17 segítségével.
Egyre növekvő glifozátrezisztencia.
Az 1970-es években történt bevezetése óta a glifozát világszerte népszerű, és fokozatosan a legolcsóbb, legszélesebb körben használt és leghatékonyabb széles spektrumú gyomirtó szerré vált. Anyagcserezavarokat okoz a növényekben, beleértve a gyomokat is, azáltal, hogy specifikusan gátolja az 5-enolpiruvilsikimát-3-foszfát szintáz (EPSPS) enzimet, amely kulcsfontosságú a növények növekedésében és anyagcseréjében, valamint a növények pusztulásában.
Ezért a glifozát-rezisztens transzgénikus növények nemesítése és a glifozát szántóföldi alkalmazása fontos módja a gyomok elleni védekezésnek a modern mezőgazdaságban.
A glifozát széles körű használatával és visszaélésével azonban fokozatosan több tucat gyomnövény fejlődött ki, és magas glifozát-toleranciát fejlesztett ki.
Ezenkívül a glifozáttal szemben rezisztens, genetikailag módosított növények nem tudják lebontani a glifozátot, ami a glifozát felhalmozódásához és átviteléhez vezet a növényekben, ami könnyen terjedhet az élelmiszerláncban és veszélyeztetheti az emberi egészséget.
Ezért sürgősen olyan gének felfedezése szükséges, amelyek képesek lebontani a glifozátot, hogy magas glifozát-rezisztensségű, alacsony glifozát-maradványtartalmú transzgénikus növényeket lehessen termeszteni.
Növényi eredetű glifozátot lebontó enzimek kristályszerkezetének és katalitikus reakciómechanizmusának feloldása
2019-ben kínai és ausztrál kutatócsoportok elsőként azonosítottak két glifozátot lebontó aldo-keto-reduktázt, az AKR4C16-ot és az AKR4C17-et glifozát-rezisztens istállófűből. A NADP+ kofaktorként használható a glifozát nem toxikus aminometil-foszfonsavvá és glioxilsavvá történő lebontására.
Az AKR4C16 és az AKR4C17 az első olyan glifozátlebontó enzimek, amelyeket a növények természetes evolúciója során állítottak elő. A glifozátlebontás molekuláris mechanizmusának további vizsgálata érdekében Guo Ruiting csapata röntgenkrisztallográfiát alkalmazott a két enzim és a kofaktor magas szintje közötti kapcsolat elemzésére. A rezolválás komplex szerkezete feltárta a glifozát, a NADP+ és az AKR4C17 tercier komplexének kötődési módját, és javaslatot tett az AKR4C16 és AKR4C17 által közvetített glifozátlebontás katalitikus reakciómechanizmusára.
Az AKR4C17/NADP+/glifozát komplex szerkezete és a glifozát lebontásának reakciómechanizmusa.
A molekuláris módosítás javítja a glifozát lebontási hatékonyságát.
Miután megszerezték az AKR4C17/NADP+/glifozát finom háromdimenziós szerkezeti modelljét, Guo Ruiting professzor csapata enzimszerkezeti elemzés és racionális tervezés révén egy olyan mutáns AKR4C17F291D fehérjét is előállított, amely a glifozát lebontási hatékonyságának 70%-os növekedését mutatta.
Az AKR4C17 mutánsok glifozát-lebontó aktivitásának elemzése.
„Munkánk feltárja az AKR4C16 és AKR4C17 glifozát lebontását katalizáló molekuláris mechanizmusát, ami fontos alapot teremt az AKR4C16 és AKR4C17 további módosításához a glifozát lebontási hatékonyságának javítása érdekében.” A cikk levelező szerzője, Dai Longhai docens, a Hubei Egyetem munkatársa elmondta, hogy létrehoztak egy javított glifozátlebontási hatékonyságú AKR4C17F291D mutáns fehérjét, amely fontos eszközt biztosít a glifozáttal szemben nagy rezisztenciájú, alacsony glifozátmaradvány-tartalmú transzgénikus növények termesztéséhez, valamint mikrobiális mérnöki baktériumok alkalmazásához a glifozát környezetben történő lebontásához.
A jelentések szerint Guo Ruiting csapata régóta foglalkozik a környezetben található mérgező és káros anyagok biodegradációs enzimjeinek, terpenoid szintázainak és gyógyszercélfehérjéinek szerkezetelemzésével és mechanizmus-megvitatásával. A csapat tagjai Li Hao, Yang Yu társkutató és Hu Yumei előadó a cikk társszerzői, Guo Ruiting és Dai Longhai pedig a levelező szerzők.
Közzététel ideje: 2022. június 2.