Глифосат, годовой объем производства которого превышает 700 000 тонн, является наиболее широко используемым и крупнейшим гербицидом в мире.Большое внимание привлекли устойчивость сорняков и потенциальные угрозы для экологической среды и здоровья человека, вызванные злоупотреблением глифосатом.
29 мая команда профессора Го Жуйтинга из Государственной ключевой лаборатории биокатализа и ферментной инженерии, созданной совместно Школой естественных наук Университета Хубэй и департаментами провинции и министерства, опубликовала последнюю исследовательскую работу в Журнале опасных материалов, проанализировав первый анализ скотной травы.Альдокеторедуктаза AKR4C16 и AKR4C17, производная (злокачественного рисового сорняка), катализируют механизм реакции деградации глифосата и значительно повышают эффективность деградации глифосата с помощью AKR4C17 за счет молекулярной модификации.
Растущая устойчивость к глифосату.
С момента своего появления в 1970-х годах глифосат пользовался популярностью во всем мире и постепенно стал самым дешевым, наиболее широко используемым и наиболее продуктивным 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 смерть.
Поэтому выведение устойчивых к глифосату трансгенных культур и использование глифосата в полевых условиях является важным способом борьбы с сорняками в современном сельском хозяйстве.
Однако с широким использованием и злоупотреблением глифосатом десятки сорняков постепенно развились и развили высокую толерантность к глифосату.
Кроме того, устойчивые к глифосату генетически модифицированные культуры не могут разлагать глифосат, что приводит к накоплению и переносу глифосата в сельскохозяйственных культурах, который может легко распространяться по пищевой цепи и подвергать опасности здоровье человека.
Поэтому крайне важно обнаружить гены, которые могут разлагать глифосат, чтобы выращивать трансгенные культуры с высокой устойчивостью к глифосату и низким содержанием остатков глифосата.
Разрешение кристаллической структуры и механизма каталитической реакции ферментов растительного происхождения, разлагающих глифосат.
В 2019 году китайские и австралийские исследовательские группы впервые выявили две альдокеторедуктазы, разлагающие глифосат, AKR4C16 и AKR4C17, в устойчивой к глифосату скотной траве.Они могут использовать НАДФ+ в качестве кофактора для разложения глифосата до нетоксичной аминометилфосфоновой кислоты и глиоксиловой кислоты.
AKR4C16 и AKR4C17 — первые зарегистрированные ферменты, разлагающие глифосат, полученные в результате естественной эволюции растений.Чтобы дополнительно изучить молекулярный механизм разложения глифосата, команда Го Жуйтинга использовала рентгеновскую кристаллографию для анализа взаимосвязи между этими двумя ферментами и высоким кофактором.Сложная структура резолюции выявила способ связывания тройного комплекса глифосата, НАДФ + и AKR4C17 и предложила механизм каталитической реакции разложения глифосата, опосредованного AKR4C16 и AKR4C17.
Структура комплекса AKR4C17/NADP+/глифосат и механизм реакции деградации глифосата.
Молекулярная модификация повышает эффективность разложения глифосата.
После получения точной трехмерной структурной модели AKR4C17/NADP+/глифосата команда профессора Го Жуйтинга получила мутантный белок AKR4C17F291D с увеличением эффективности деградации глифосата на 70% посредством анализа структуры фермента и рационального проектирования.
Анализ активности разложения глифосата мутантов AKR4C17.
«Наша работа раскрывает молекулярный механизм AKR4C16 и AKR4C17, катализирующих деградацию глифосата, что закладывает важную основу для дальнейшей модификации AKR4C16 и AKR4C17 для повышения эффективности их деградации глифосата».Соответствующий автор статьи, доцент Дай Лунхай из Университета Хубэй, сообщил, что они создали мутантный белок AKR4C17F291D с повышенной эффективностью деградации глифосата, который представляет собой важный инструмент для выращивания трансгенных культур с высокой устойчивостью к глифосату с низким содержанием остатков глифосата и использования микробных инженерных бактерий для разлагают глифосат в окружающей среде.
Сообщается, что команда Го Жуйтина уже давно занимается исследованиями по анализу структуры и обсуждению механизмов ферментов биодеградации, терпеноидсинтаз и белков-мишеней для лекарств токсичных и вредных веществ в окружающей среде.Ли Хао, научный сотрудник Ян Юй и преподаватель Ху Юмэй в команде являются соавторами статьи, а Го Жуйтин и Дай Лунхай — соавторами.
Время публикации: 02 июня 2022 г.