S ročnou produkciou viac ako 700 000 ton je glyfosát najpoužívanejším a najväčším herbicídom na svete.Odolnosť voči 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 prvýkrát identifikovali dve aldo-ketoreduktázy degradujúce glyfosát, AKR4C16 a AKR4C17, z trávy 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