Sa godišnjom proizvodnjom od preko 700.000 tona, glifosat je najrasprostranjeniji i najveći herbicid na svijetu. Otpornost na korov i potencijalne prijetnje ekološkoj okolini i zdravlju ljudi uzrokovane zloupotrebom glifosata privukle su veliku pažnju.
Tim profesora Guo Ruitinga iz Državne ključne laboratorije za biokatalizu i enzimsko inženjerstvo, koju su zajednički osnovali Škola prirodnih nauka Univerziteta Hubei i pokrajinski i ministarski odjeli, objavio je 29. maja najnoviji istraživački rad u Journal of Hazardous Materials, analizirajući prvu analizu trave u okućnici. Aldo-keto reduktaza AKR4C16 i AKR4C17 izvedena iz (zloćudne rizle) katalizuju reakcioni mehanizam razgradnje glifosata i značajno poboljšavaju efikasnost razgradnje glifosata putem AKR4C17 putem molekularne modifikacije.
Rastuća otpornost na glifosat.
Od svog uvođenja 1970-ih, glifosat je bio popularan u cijelom svijetu i postepeno je postao najjeftiniji, najčešće korišteni i najproduktivniji herbicid širokog spektra. Uzrokuje metaboličke poremećaje u biljkama, uključujući korov, specifično inhibirajući 5-enolpiruvilšikimat-3-fosfat sintazu (EPSPS), ključni enzim uključen u rast i metabolizam biljaka. i smrt.
Stoga je uzgoj transgenih usjeva otpornih na glifosat i korištenje glifosata u polju važan način suzbijanja korova u modernoj poljoprivredi.
Međutim, uz raširenu upotrebu i zloupotrebu glifosata, desetine korova su postepeno evoluirale i razvile visoku toleranciju na glifosat.
Osim toga, genetski modificirani usjevi otporni na glifosat ne mogu razgraditi glifosat, što rezultira akumulacijom i prijenosom glifosata u usjevima, koji se lako može širiti kroz lanac ishrane i ugroziti zdravlje ljudi.
Stoga je hitno potrebno otkriti gene koji mogu razgraditi glifosat, kako bi se uzgajali transgeni usjevi visoke otpornosti na glifosat sa niskim ostacima glifosata.
Rješavanje kristalne strukture i mehanizma katalitičke reakcije enzima biljnog porijekla koji razgrađuju glifosat
Godine 2019., kineski i australski istraživački timovi su po prvi put identificirali dvije aldo-keto reduktaze koje razgrađuju glifosat, AKR4C16 i AKR4C17, po prvi put iz trave dvorišta otporne na glifosat. Oni mogu koristiti NADP+ kao kofaktor za razgradnju glifosata do netoksične aminometilfosfonske kiseline i glioksilne kiseline.
AKR4C16 i AKR4C17 su prvi prijavljeni enzimi koji razgrađuju glifosat proizvedeni prirodnom evolucijom biljaka. Kako bi dalje istražio molekularni mehanizam njihove razgradnje glifosata, tim Guo Ruitinga koristio je kristalografiju X-zraka da analizira odnos između ova dva enzima i visokog kofaktora. Kompleksna struktura rezolucije otkrila je način vezivanja ternarnog kompleksa glifosata, NADP+ i AKR4C17, i predložila mehanizam katalitičke reakcije degradacije glifosata posredovane AKR4C16 i AKR4C17.
Struktura kompleksa AKR4C17/NADP+/glifosat i mehanizam reakcije razgradnje glifosata.
Molekularna modifikacija poboljšava efikasnost razgradnje glifosata.
Nakon što je dobio fini trodimenzionalni strukturni model AKR4C17/NADP+/glifosata, tim profesora Guo Ruitinga je dalje dobio mutantni protein AKR4C17F291D sa 70% povećanjem efikasnosti razgradnje glifosata kroz analizu strukture enzima i racionalni dizajn.
Analiza aktivnosti razgradnje glifosata mutanata AKR4C17.
“Naš rad otkriva molekularni mehanizam AKR4C16 i AKR4C17 koji katalizira razgradnju glifosata, što postavlja važnu osnovu za daljnju modifikaciju AKR4C16 i AKR4C17 kako bi se poboljšala njihova efikasnost razgradnje glifosata.” Dopisni autor rada, vanredni profesor Dai Longhai sa Univerziteta Hubei rekao je da su konstruirali mutantni protein AKR4C17F291D s poboljšanom efikasnošću razgradnje glifosata, koji pruža važan alat za uzgoj transgenih usjeva visoke otpornosti na glifosat sa niskim nivoom glifosata za razgradnju mikrobioloških ostataka u okolini i razgradnju bakterijskih ostataka u okolini.
Izvještava se da je tim Guo Ruitinga dugo bio angažiran u istraživanju analize strukture i diskusije o mehanizmu biorazgradnih enzima, terpenoidnih sintaza i ciljnih proteina lijeka toksičnih i štetnih tvari u okolišu. Li Hao, istraživač saradnik Yang Yu i predavač Hu Yumei u timu su koautori rada, a Guo Ruiting i Dai Longhai su korespondentni autori.
Vrijeme objave: Jun-02-2022