С годовым объемом производства более 700 000 тонн глифосат является наиболее широко используемым и крупнейшим гербицидом в мире. Устойчивость сорняков и потенциальные угрозы для окружающей среды и здоровья человека, вызванные злоупотреблением глифосатом, привлекли большое внимание.
29 мая группа профессора Го Жуйтина из Государственной ключевой лаборатории биокатализа и ферментной инженерии, совместно созданной Школой естественных наук Университета Хубэй и провинциальными и министерскими департаментами, опубликовала новейшую исследовательскую работу в журнале Journal of Hazardous Materials, в которой анализируется первый анализ просо куриное. Альдокеторедуктазы AKR4C16 и AKR4C17, полученные из ежовника (злокачественного сорняка), катализируют механизм реакции деградации глифосата и значительно повышают эффективность деградации глифосата с помощью AKR4C17 посредством молекулярной модификации.
Растущая устойчивость к глифосату.
С момента своего появления в 1970-х годах глифосат стал популярен во всем мире и постепенно стал самым дешевым, широко используемым и производительным гербицидом широкого спектра действия. Он вызывает метаболические нарушения у растений, включая сорняки, путем специфического ингибирования 5-енолпирувилшикимат-3-фосфатсинтазы (EPSPS), ключевого фермента, участвующего в росте и метаболизме растений. и смерти.
Поэтому выведение трансгенных культур, устойчивых к глифосату, и использование глифосата в полевых условиях является важным способом борьбы с сорняками в современном сельском хозяйстве.
Однако в связи с широким распространением и злоупотреблением глифосатом десятки сорняков постепенно эволюционировали и развили высокую устойчивость к глифосату.
Кроме того, генетически модифицированные культуры, устойчивые к глифосату, не могут разлагать глифосат, что приводит к накоплению и переносу глифосата в культурах, который может легко распространяться по пищевой цепочке и представлять опасность для здоровья человека.
Поэтому крайне важно обнаружить гены, способные расщеплять глифосат, чтобы выращивать трансгенные культуры с высокой устойчивостью к глифосату и низким содержанием остатков глифосата.
Определение кристаллической структуры и механизма каталитической реакции ферментов растительного происхождения, разрушающих глифосат
В 2019 году китайские и австралийские исследовательские группы впервые идентифицировали две альдокеторедуктазы, разрушающие глифосат, AKR4C16 и AKR4C17, из устойчивой к глифосату куриной травы. Они могут использовать NADP+ в качестве кофактора для разрушения глифосата до нетоксичной аминометилфосфоновой кислоты и глиоксиловой кислоты.
AKR4C16 и AKR4C17 являются первыми описанными ферментами, разрушающими глифосат, полученными в результате естественной эволюции растений. Для дальнейшего изучения молекулярного механизма их разрушения глифосата команда Го Жуйтина использовала рентгеновскую кристаллографию для анализа взаимосвязи между этими двумя ферментами и кофактором high. Сложная структура разрешения выявила режим связывания тройного комплекса глифосата, NADP+ и AKR4C17 и предложила каталитический механизм реакции разрушения глифосата, опосредованного AKR4C16 и AKR4C17.
Структура комплекса AKR4C17/НАДФ+/глифосат и механизм реакции деградации глифосата.
Молекулярная модификация повышает эффективность деградации глифосата.
После получения точной трехмерной структурной модели AKR4C17/NADP+/глифосата группа профессора Го Жуйтина получила мутантный белок AKR4C17F291D с 70%-ным увеличением эффективности разложения глифосата с помощью анализа структуры фермента и рационального проектирования.
Анализ глифосат-разрушающей активности мутантов AKR4C17.
«Наша работа раскрывает молекулярный механизм катализа деградации глифосата AKR4C16 и AKR4C17, что закладывает важную основу для дальнейшей модификации AKR4C16 и AKR4C17 с целью повышения эффективности деградации глифосата». Сотрудник, доцент Дай Лунхай из Университета Хубэй, сказал, что они сконструировали мутантный белок AKR4C17F291D с улучшенной эффективностью деградации глифосата, что является важным инструментом для выращивания трансгенных культур с высокой устойчивостью к глифосату и низким содержанием остатков глифосата, а также для использования микробных инженерных бактерий для деградации глифосата в окружающей среде.
Сообщается, что команда Го Жуйтина уже давно занимается исследованиями по структурному анализу и обсуждению механизмов ферментов биодеградации, терпеноидсинтаз и целевых белков лекарственных препаратов токсичных и вредных веществ в окружающей среде. Ли Хао, доцент Ян Юй и преподаватель Ху Юмэй в команде являются соавторами статьи, а Го Жуйтин и Дай Лунхай являются соавторами.
Время публикации: 02 июня 2022 г.