Са годишњом производњом од преко 700.000 тона, глифосат је најшире коришћени и највећи хербицид на свету. Отпорност корова и потенцијалне претње по еколошку средину и људско здравље изазване злоупотребом глифосата привукле су велику пажњу.
Дана 29. маја, тим професора Гуо Руитинга из Државне кључне лабораторије за биокатализу и ензимски инжењеринг, коју су заједнички основали Школа за животне науке Универзитета Хубеј и покрајинска и министарска одељења, објавио је најновији истраживачки рад у часопису „Journal of Hazardous Materials“, анализирајући прву анализу траве штале (малигни коров). Алдо-кето редуктазе AKR4C16 и AKR4C17, изведене из кукуруза (малигни коров), катализују реакциони механизам разградње глифосата и значајно побољшавају ефикасност разградње глифосата помоћу AKR4C17 кроз молекуларну модификацију.
Растућа отпорност на глифосат.
Од свог увођења 1970-их, глифосат је популаран широм света и постепено је постао најјефтинији, најшире коришћени и најпродуктивнији хербицид широког спектра. Изазива метаболичке поремећаје код биљака, укључујући коров, специфичним инхибирањем 5-енолпирувилшикимат-3-фосфат синтазе (EPSPS), кључног ензима укљученог у раст и метаболизам биљака. и смрт.
Стога је узгој трансгених усева отпорних на глифосат и употреба глифосата на пољу важан начин сузбијања корова у савременој пољопривреди.
Међутим, са широко распрострањеном употребом и злоупотребом глифосата, десетине корова су постепено еволуирале и развиле високу толеранцију на глифосат.
Поред тога, генетски модификовани усеви отпорни на глифосат не могу да разграде глифосат, што доводи до акумулације и преноса глифосата у усевима, који се лако може проширити кроз ланац исхране и угрозити људско здравље.
Стога је хитно потребно открити гене који могу разградити глифосат, како би се узгајале трансгене културе отпорне на глифосат са ниским садржајем остатака глифосата.
Решавање кристалне структуре и механизма каталитичке реакције ензима за разградњу глифосата биљног порекла
Кинески и аустралијски истраживачки тимови су 2019. године први пут идентификовали две алдо-кето редуктазе које разграђују глифосат, AKR4C16 и AKR4C17, из траве отпорне на глифосат. Они могу да користе NADP+ као кофактор за разградњу глифосата до нетоксичне аминометилфосфонске киселине и глиоксилне киселине.
AKR4C16 и AKR4C17 су први пријављени ензими који разграђују глифосат, произведени природном еволуцијом биљака. Да би даље истражили молекуларни механизам њихове разградње глифосата, тим Гуо Руитинга је користио рендгенску кристалографију да би анализирао однос између ова два ензима и кофактора high. Комплексна структура резолуције открила је начин везивања тернарног комплекса глифосата, NADP+ и AKR4C17 и предложила каталитички механизам реакције разградње глифосата посредоване AKR4C16 и AKR4C17.
Структура комплекса AKR4C17/NADP+/глифосат и механизам реакције разградње глифосата.
Молекуларна модификација побољшава ефикасност разградње глифосата.
Након што су добили фину тродимензионалну структурну структуру AKR4C17/NADP+/глифосата, тим професора Гуо Руитинга је додатно добио мутантни протеин AKR4C17F291D са повећањем ефикасности разградње глифосата од 70% путем анализе структуре ензима и рационалног дизајна.
Анализа активности разградње глифосата код мутаната AKR4C17.
„Наш рад открива молекуларни механизам катализације разградње глифосата код AKR4C16 и AKR4C17, што поставља важну основу за даљу модификацију AKR4C16 и AKR4C17 како би се побољшала њихова ефикасност разградње глифосата.“ Аутор рада, ванредни професор Даи Лонгхај са Универзитета Хубеј, рекао је да су конструисали мутантни протеин AKR4C17F291D са побољшаном ефикасношћу разградње глифосата, који пружа важан алат за узгој трансгених усева отпорних на глифосат са ниским садржајем остатака глифосата и коришћење микробних бактерија за разградњу глифосата у окружењу.
Наводи се да је тим Гуо Руитинга дуго био ангажован у истраживању анализе структуре и дискусији о механизмима биоразградње ензима, терпеноидних синтаза и протеина циљних за лекове токсичних и штетних супстанци у животној средини. Ли Хао, сарадник истраживач Јанг Ју и предавач Ху Јумеи у тиму су коаутори рада, а Гуо Руитинг и Даи Лонгхај су коаутори за кореспонденцију.
Време објаве: 02. јун 2022.