С годишно производство от над 700 000 тона, глифозатът е най-широко използваният и най-големият хербицид в света.Устойчивостта на плевелите и потенциалните заплахи за екологичната среда и човешкото здраве, причинени от злоупотребата с глифозат, привлякоха голямо внимание.
На 29 май екипът на професор Guo Ruiting от Държавната ключова лаборатория по биокатализа и ензимно инженерство, създадена съвместно от Училището по науки за живота на университета Хубей и провинциалните и министерските отдели, публикува най-новата изследователска статия в Journal of Hazardous Materials, анализираща първият анализ на тревата от житния двор.Алдо-кето редуктазата AKR4C16 и AKR4C17, получена от (злокачествен неолющен плевел), катализира реакционния механизъм на разграждане на глифозат и значително подобрява ефективността на разграждане на глифозат от AKR4C17 чрез молекулярна модификация.
Нарастваща резистентност към глифозат.
От въвеждането си през 1970 г. глифозатът е популярен в целия свят и постепенно се превърна в най-евтиния, най-широко използван и най-продуктивен широкоспектърен хербицид.Той причинява метаболитни нарушения в растенията, включително плевели, чрез специфично инхибиране на 5-енолпирувилшикимат-3-фосфат синтаза (EPSPS), ключов ензим, участващ в растежа и метаболизма на растенията.и смъртта.
Следователно, отглеждането на устойчиви на глифозат трансгенни култури и използването на глифозат на полето е важен начин за контрол на плевелите в съвременното земеделие.
Въпреки това, с широкото използване и злоупотреба с глифозат, десетки плевели постепенно се развиха и развиха висока толерантност към глифозат.
В допълнение, устойчивите на глифозат генетично модифицирани култури не могат да разграждат глифозат, което води до натрупване и пренасяне на глифозат в културите, които могат лесно да се разпространят по хранителната верига и да застрашат човешкото здраве.
Ето защо е спешно да се открият гени, които могат да разграждат глифозат, така че да се култивират трансгенни култури с висока устойчивост на глифозат с ниски остатъци от глифозат.
Разрешаване на кристалната структура и механизма на каталитична реакция на ензими, разграждащи глифозат от растения
През 2019 г. китайски и австралийски изследователски екипи идентифицираха две разграждащи глифозат алдо-кето редуктази, AKR4C16 и AKR4C17, за първи път от резистентна на глифозат трева.Те могат да използват NADP+ като кофактор за разграждане на глифозат до нетоксична аминометилфосфонова киселина и глиоксилова киселина.
AKR4C16 и AKR4C17 са първите докладвани ензими, разграждащи глифозат, произведени от естествената еволюция на растенията.За да проучи допълнително молекулярния механизъм на тяхното разграждане на глифозат, екипът на Guo Ruiting използва рентгенова кристалография, за да анализира връзката между тези два ензима и високия кофактор.Сложната структура на разделителната способност разкри режима на свързване на тройния комплекс на глифозат, NADP+ и AKR4C17 и предложи механизма на каталитична реакция на AKR4C16 и AKR4C17-медиирано разграждане на глифозат.
Структура на комплекс AKR4C17/NADP+/глифозат и реакционен механизъм на разграждане на глифозат.
Молекулярната модификация подобрява ефективността на разграждане на глифозата.
След получаване на финия триизмерен структурен модел на AKR4C17/NADP+/глифозат, екипът на професор Guo Ruiting допълнително получи мутантен протеин AKR4C17F291D със 70% увеличение на ефективността на разграждане на глифозат чрез анализ на ензимната структура и рационален дизайн.
Анализ на глифозат-разграждаща активност на AKR4C17 мутанти.
„Нашата работа разкрива молекулярния механизъм на AKR4C16 и AKR4C17, катализиращ разграждането на глифозат, което поставя важна основа за по-нататъшното модифициране на AKR4C16 и AKR4C17 за подобряване на тяхната ефективност на разграждане на глифозат.“Съответният автор на статията, доцент Дай Лонхай от университета Хубей каза, че са конструирали мутантен протеин AKR4C17F291D с подобрена ефективност на разграждане на глифозат, който осигурява важен инструмент за култивиране на трансгенни култури с висока устойчивост на глифозат с ниски остатъци от глифозат и използване на микробни инженерни бактерии за разграждат глифозата в околната среда.
Съобщава се, че екипът на Guo Ruiting отдавна е ангажиран в изследването на анализа на структурата и обсъждането на механизма на ензимите за биоразграждане, терпеноидните синтази и лекарствените целеви протеини на токсични и вредни вещества в околната среда.Ли Хао, асоциираният изследовател Янг Ю и преподавателят Ху Юмей в екипа са съавторите на статията, а Гуо Руйтинг и Дай Лонгхай са съавторите.
Време на публикуване: 02 юни 2022 г