Cu o producție anuală de peste 700.000 de tone, glifosatul este cel mai utilizat și cel mai mare erbicid din lume.Rezistența buruienilor și potențialele amenințări la adresa mediului ecologic și a sănătății umane cauzate de abuzul de glifosat au atras o mare atenție.
Pe 29 mai, echipa profesorului Guo Ruiting de la Laboratorul cheie de stat de biocataliză și inginerie enzimatică, înființată în comun de Școala de Științe ale Vieții a Universității Hubei și departamentele provinciale și ministeriale, a publicat cea mai recentă lucrare de cercetare în Journal of Hazardous Materials, analizând prima analiză a ierbii de curți.AKR4C16 și AKR4C17 derivate din aldo-ceto reductază (O buruiană malignă) catalizează mecanismul de reacție al degradării glifosatului și îmbunătățesc foarte mult eficiența de degradare a glifosatului de către AKR4C17 prin modificarea moleculară.
Creșterea rezistenței la glifosat.
De la introducerea sa în anii 1970, glifosatul a fost popular în întreaga lume și a devenit treptat cel mai ieftin, cel mai utilizat și mai productiv erbicid cu spectru larg.Provoacă tulburări metabolice la plante, inclusiv buruieni, prin inhibarea specifică a 5-enolpiruvilshikimat-3-fosfat sintetazei (EPSPS), o enzimă cheie implicată în creșterea și metabolismul plantelor.si moartea.
Prin urmare, creșterea culturilor transgenice rezistente la glifosat și utilizarea glifosatului în câmp reprezintă o modalitate importantă de control al buruienilor în agricultura modernă.
Cu toate acestea, odată cu utilizarea pe scară largă și abuzul de glifosat, zeci de buruieni au evoluat treptat și au dezvoltat o toleranță ridicată la glifosat.
În plus, culturile modificate genetic rezistente la glifosat nu pot descompune glifosatul, ducând la acumularea și transferul de glifosat în culturi, care se poate răspândi cu ușurință prin lanțul alimentar și pune în pericol sănătatea umană.
Prin urmare, este urgent să se descopere gene care pot degrada glifosatul, astfel încât să se cultive culturi transgenice rezistente la glifosat cu reziduuri scăzute de glifosat.
Rezolvarea structurii cristaline și a mecanismului de reacție catalitică a enzimelor de degradare a glifosatului derivate din plante
În 2019, echipele de cercetare chineze și australiene au identificat două aldo-ceto reductaze care degradează glifosatul, AKR4C16 și AKR4C17, pentru prima dată din iarba de curte rezistentă la glifosat.Ei pot folosi NADP+ ca cofactor pentru a degrada glifosatul în acid aminometilfosfonic netoxic și acid glioxilic.
AKR4C16 și AKR4C17 sunt primele enzime de degradare a glifosatului raportate produse prin evoluția naturală a plantelor.Pentru a explora în continuare mecanismul molecular al degradării lor a glifosatului, echipa lui Guo Ruiting a folosit cristalografia cu raze X pentru a analiza relația dintre aceste două enzime și cofactorul ridicat.Structura complexă a rezoluției a relevat modul de legare a complexului ternar de glifosat, NADP+ și AKR4C17 și a propus mecanismul de reacție catalitică a degradării glifosatului mediat de AKR4C16 și AKR4C17.
Structura complexului AKR4C17/NADP+/glifosat și mecanismul de reacție al degradării glifosatului.
Modificarea moleculară îmbunătățește eficiența de degradare a glifosatului.
După obținerea modelului structural tridimensional fin al AKR4C17/NADP+/glifosat, echipa profesorului Guo Ruiting a obținut în continuare o proteină mutantă AKR4C17F291D cu o creștere cu 70% a eficienței de degradare a glifosatului prin analiza structurii enzimatice și proiectarea rațională.
Analiza activității de degradare a glifosatului a mutanților AKR4C17.
„Munca noastră dezvăluie mecanismul molecular al AKR4C16 și AKR4C17 care catalizează degradarea glifosatului, care pune o bază importantă pentru modificarea ulterioară a AKR4C16 și AKR4C17 pentru a îmbunătăți eficiența de degradare a glifosatului.”Autorul corespondent al lucrării, profesorul asociat Dai Longhai de la Universitatea Hubei, a spus că au construit o proteină mutantă AKR4C17F291D cu o eficiență îmbunătățită de degradare a glifosatului, care oferă un instrument important pentru cultivarea culturilor transgenice rezistente la glifosat cu reziduuri scăzute de glifosat și utilizarea bacteriilor de inginerie microbiană pentru degradează glifosatul în mediu.
Este raportat că echipa lui Guo Ruiting a fost mult timp implicată în cercetarea privind analiza structurii și discuția mecanismului enzimelor de biodegradare, sintazelor terpenoide și proteinelor țintă ale substanțelor toxice și nocive din mediu.Li Hao, cercetătorul asociat Yang Yu și lectorul Hu Yumei în echipă sunt co-primii autori ai lucrării, iar Guo Ruiting și Dai Longhai sunt autorii corespondenți.
Ora postării: 02-jun-2022