Med en årlig produksjon på over 700 000 tonn er glyfosat det mest brukte og største ugressmiddelet i verden.Ugrasresistens og potensielle trusler mot det økologiske miljøet og menneskers helse forårsaket av misbruk av glyfosat har vakt stor oppmerksomhet.
29. mai publiserte professor Guo Ruitings team fra State Key Laboratory of Biocatalysis and Enzyme Engineering, i fellesskap etablert av School of Life Sciences ved Hubei University og provins- og ministeravdelingene, den siste forskningsartikkelen i Journal of Hazardous Materials, som analyserte den første analysen av hagegress.(Et ondartet ugress)-avledet aldo-keto-reduktase AKR4C16 og AKR4C17 katalyserer reaksjonsmekanismen for glyfosatnedbrytning, og forbedrer nedbrytningseffektiviteten til glyfosat av AKR4C17 gjennom molekylær modifikasjon.
Økende glyfosatresistens.
Siden introduksjonen på 1970-tallet har glyfosat vært populært over hele verden, og har etter hvert blitt det billigste, mest brukte og mest produktive bredspektrede ugressmiddelet.Det forårsaker metabolske forstyrrelser i planter, inkludert ugress, ved spesifikt å hemme 5-enolpyruvylshikimat-3-fosfatsyntase (EPSPS), et nøkkelenzym involvert i plantevekst og metabolisme.og døden.
Derfor er oppdrett av glyfosatresistente transgene avlinger og bruk av glyfosat i åkeren en viktig måte å bekjempe ugress i moderne landbruk.
Men med den utbredte bruken og misbruket av glyfosat, har dusinvis av ugress gradvis utviklet seg og utviklet høy glyfosat-toleranse.
I tillegg kan ikke glyfosatresistente genmodifiserte avlinger bryte ned glyfosat, noe som resulterer i akkumulering og overføring av glyfosat i avlinger, som lett kan spre seg gjennom næringskjeden og sette menneskers helse i fare.
Derfor haster det å oppdage gener som kan bryte ned glyfosat, slik at man kan dyrke høyglyfosatresistente transgene avlinger med lave glyfosatrester.
Løser krystallstrukturen og den katalytiske reaksjonsmekanismen til planteavledede glyfosat-nedbrytende enzymer
I 2019 identifiserte kinesiske og australske forskerteam to glyfosat-nedbrytende aldo-keto-reduktaser, AKR4C16 og AKR4C17, for første gang fra glyfosat-resistent hagegress.De kan bruke NADP+ som en kofaktor for å bryte ned glyfosat til ugiftig aminometylfosfonsyre og glyoksylsyre.
AKR4C16 og AKR4C17 er de første rapporterte glyfosat-nedbrytende enzymene produsert av naturlig utvikling av planter.For ytterligere å utforske den molekylære mekanismen for deres nedbrytning av glyfosat, brukte Guo Ruitings team røntgenkrystallografi for å analysere forholdet mellom disse to enzymene og kofaktor høy.Den komplekse strukturen til oppløsningen avslørte bindingsmodusen til det ternære komplekset av glyfosat, NADP+ og AKR4C17, og foreslo den katalytiske reaksjonsmekanismen til AKR4C16 og AKR4C17-mediert glyfosat-nedbrytning.
Struktur av AKR4C17/NADP+/glyfosatkompleks og reaksjonsmekanisme for glyfosatnedbrytning.
Molekylær modifikasjon forbedrer nedbrytningseffektiviteten til glyfosat.
Etter å ha oppnådd den fine tredimensjonale strukturelle modellen av AKR4C17/NADP+/glyfosat, oppnådde professor Guo Ruitings team videre et mutantprotein AKR4C17F291D med en 70 % økning i nedbrytningseffektiviteten til glyfosat gjennom enzymstrukturanalyse og rasjonell design.
Analyse av glyfosat-nedbrytende aktivitet av AKR4C17 mutanter.
"Vårt arbeid avslører den molekylære mekanismen til AKR4C16 og AKR4C17 som katalyserer nedbrytningen av glyfosat, som legger et viktig grunnlag for den videre modifikasjonen av AKR4C16 og AKR4C17 for å forbedre deres nedbrytningseffektivitet av glyfosat."Tilsvarende forfatter av artikkelen, førsteamanuensis Dai Longhai ved Hubei University sa at de konstruerte et mutantprotein AKR4C17F291D med forbedret glyfosat-nedbrytningseffektivitet, som gir et viktig verktøy for å dyrke høyglyfosatresistente transgene avlinger med lavt glyfosatrester og bruke mikrobielle bakterier. bryter ned glyfosat i miljøet.
Det er rapportert at Guo Ruitings team lenge har vært engasjert i forskning på strukturanalyse og mekanismediskusjon av biologiske nedbrytningsenzymer, terpenoidsyntaser og medikamentmålproteiner av giftige og skadelige stoffer i miljøet.Li Hao, førsteamanuensis Yang Yu og foreleser Hu Yumei i teamet er de første forfatterne av artikkelen, og Guo Ruiting og Dai Longhai er de samme forfatterne.
Innleggstid: Jun-02-2022