S ročnou produkciou viac ako 700 000 ton je glyfosát najpoužívanejším a najväčším herbicídom na svete. Odolnosť proti burine a potenciálne ohrozenia ekologického prostredia a ľudského zdravia spôsobené zneužívaním glyfosátu pritiahli veľkú pozornosť.
29. mája tím profesora Guo Ruitinga zo Štátneho kľúčového laboratória biokatalýzy a enzýmového inžinierstva, ktoré spoločne založili School of Life Sciences Univerzity Hubei a provinčné a ministerské oddelenia, zverejnil najnovší výskumný článok v časopise Journal of Hazardous Materials, v ktorom analyzoval prvá analýza trávy na dvore. Aldo-ketoreduktáza AKR4C16 a AKR4C17 odvodená od (malígnej nelúpanej buriny) katalyzujú reakčný mechanizmus degradácie glyfosátu a výrazne zlepšujú účinnosť degradácie glyfosátu prostredníctvom AKR4C17 prostredníctvom molekulárnej modifikácie.
Rastúca odolnosť voči glyfosátu.
Od svojho uvedenia na trh v 70. rokoch 20. storočia je glyfosát populárny po celom svete a postupne sa stal najlacnejším, najpoužívanejším a najproduktívnejším širokospektrálnym herbicídom. Spôsobuje metabolické poruchy v rastlinách, vrátane burín, špecifickou inhibíciou 5-enolpyruvylshikimát-3-fosfát syntázy (EPSPS), kľúčového enzýmu podieľajúceho sa na raste a metabolizme rastlín. a smrť.
Preto je šľachtenie transgénnych plodín odolných voči glyfosátu a používanie glyfosátu na poli dôležitým spôsobom kontroly buriny v modernom poľnohospodárstve.
S rozšíreným používaním a zneužívaním glyfosátu sa však postupne vyvinuli desiatky burín a vyvinuli sa u nich vysoká tolerancia voči glyfosátu.
Okrem toho geneticky modifikované plodiny odolné voči glyfosátu nedokážu rozložiť glyfosát, čo má za následok hromadenie a prenos glyfosátu v plodinách, ktorý sa môže ľahko šíriť potravinovým reťazcom a ohroziť zdravie ľudí.
Preto je naliehavé objaviť gény, ktoré môžu degradovať glyfosát, aby sa pestovali transgénne plodiny s vysokou odolnosťou voči glyfosátu s nízkymi zvyškami glyfosátu.
Riešenie kryštálovej štruktúry a katalytického reakčného mechanizmu enzýmov rastlinného pôvodu degradujúcich glyfosát
V roku 2019 čínske a austrálske výskumné tímy po prvý raz identifikovali dve aldo-ketoreduktázy degradujúce glyfosát, AKR4C16 a AKR4C17, z trávy zo záhradky odolnej voči glyfosátu. Môžu použiť NADP+ ako kofaktor na degradáciu glyfosátu na netoxickú kyselinu aminometylfosfónovú a kyselinu glyoxylovú.
AKR4C16 a AKR4C17 sú prvé opísané enzýmy degradujúce glyfosát produkované prirodzenou evolúciou rastlín. S cieľom ďalej preskúmať molekulárny mechanizmus ich degradácie glyfosátu použil tím Guo Ruitinga röntgenovú kryštalografiu na analýzu vzťahu medzi týmito dvoma enzýmami a vysokým kofaktorom. Komplexná štruktúra rozlíšenia odhalila väzbový režim ternárneho komplexu glyfosátu, NADP+ a AKR4C17 a navrhla mechanizmus katalytickej reakcie degradácie glyfosátu sprostredkovanej AKR4C16 a AKR4C17.
Štruktúra komplexu AKR4C17/NADP+/glyfosát a reakčný mechanizmus degradácie glyfosátu.
Molekulárna modifikácia zlepšuje degradačnú účinnosť glyfosátu.
Po získaní jemného trojrozmerného štrukturálneho modelu AKR4C17/NADP+/glyfosátu tím profesora Guo Ruitinga ďalej získal mutantný proteín AKR4C17F291D so 70% zvýšením účinnosti degradácie glyfosátu prostredníctvom analýzy štruktúry enzýmov a racionálneho návrhu.
Analýza aktivity degradácie glyfosátu mutantov AKR4C17.
"Naša práca odhaľuje molekulárny mechanizmus AKR4C16 a AKR4C17, ktorý katalyzuje degradáciu glyfosátu, čo predstavuje dôležitý základ pre ďalšiu modifikáciu AKR4C16 a AKR4C17 na zlepšenie ich degradačnej účinnosti glyfosátu." Zodpovedajúci autor článku, docent Dai Longhai z Hubei University povedal, že skonštruovali mutantný proteín AKR4C17F291D so zlepšenou účinnosťou degradácie glyfosátu, ktorý poskytuje dôležitý nástroj na kultiváciu transgénnych plodín s vysokou odolnosťou voči glyfosátu s nízkymi zvyškami glyfosátu a na použitie baktérií mikrobiálneho inžinierstva. degradovať glyfosát v životnom prostredí.
Uvádza sa, že tím Guo Ruitinga sa dlhodobo venuje výskumu štruktúrnej analýzy a diskusie o mechanizme biodegradačných enzýmov, terpenoidných syntáz a cieľových proteínov liečiv toxických a škodlivých látok v životnom prostredí. Li Hao, pridružený výskumník Yang Yu a lektor Hu Yumei v tíme sú spolu prvými autormi článku a Guo Ruiting a Dai Longhai sú spoluzodpovedajúcimi autormi.
Čas odoslania: jún-02-2022