Amb una producció anual de més de 700.000 tones, el glifosat és l'herbicida més utilitzat i més gran del món. La resistència a les males herbes i les possibles amenaces per al medi ambient i la salut humana causades per l'abús del glifosat han atret una gran atenció.
El 29 de maig, l'equip del professor Guo Ruiting del Laboratori Estatal Clau de Biocatàlisi i Enginyeria Enzimàtica, establert conjuntament per l'Escola de Ciències de la Vida de la Universitat de Hubei i els departaments provincials i ministerials, va publicar el seu darrer article de recerca al Journal of Hazardous Materials, analitzant la primera anàlisi de la gespa de corral. L'aldo-ceto reductasa AKR4C16 i AKR4C17 derivada de (una mala herba maligna d'arròs) catalitzen el mecanisme de reacció de la degradació del glifosat i milloren considerablement l'eficiència de degradació del glifosat per AKR4C17 mitjançant la modificació molecular.
Creixent resistència al glifosat.
Des de la seva introducció a la dècada del 1970, el glifosat ha estat popular a tot el món i s'ha convertit gradualment en l'herbicida d'ampli espectre més barat, més utilitzat i més productiu. Causa trastorns metabòlics a les plantes, incloses les males herbes, mitjançant la inhibició específica de la 5-enolpiruvilshikimat-3-fosfat sintasa (EPSPS), un enzim clau implicat en el creixement i el metabolisme de les plantes, i la mort.
Per tant, el cultiu de cultius transgènics resistents al glifosat i l'ús de glifosat al camp és una manera important de controlar les males herbes en l'agricultura moderna.
No obstant això, amb l'ús i l'abús generalitzat del glifosat, desenes de males herbes han evolucionat gradualment i han desenvolupat una alta tolerància al glifosat.
A més, els cultius modificats genèticament resistents al glifosat no poden descompondre el glifosat, cosa que provoca l'acumulació i la transferència de glifosat als cultius, que es pot propagar fàcilment a través de la cadena alimentària i posar en perill la salut humana.
Per tant, és urgent descobrir gens que puguin degradar el glifosat, per tal de cultivar cultius transgènics d'alta resistència al glifosat amb baixos residus de glifosat.
Resolució de l'estructura cristal·lina i el mecanisme de reacció catalítica dels enzims degradants del glifosat derivats de plantes
El 2019, equips de recerca xinesos i australians van identificar per primera vegada dues aldo-ceto reductases que degraden el glifosat, AKR4C16 i AKR4C17, a partir de graminacees resistents al glifosat. Poden utilitzar NADP+ com a cofactor per degradar el glifosat en àcid aminometilfosfònic i àcid glioxílic no tòxics.
AKR4C16 i AKR4C17 són els primers enzims que degraden el glifosat produïts per l'evolució natural de les plantes. Per tal d'explorar més a fons el mecanisme molecular de la seva degradació del glifosat, l'equip de Guo Ruiting va utilitzar la cristal·lografia de raigs X per analitzar la relació entre aquests dos enzims i l'alt cofactor. L'estructura complexa de la resolució va revelar el mode d'unió del complex ternari de glifosat, NADP+ i AKR4C17, i va proposar el mecanisme de reacció catalítica de la degradació del glifosat mediada per AKR4C16 i AKR4C17.
Estructura del complex AKR4C17/NADP+/glifosat i mecanisme de reacció de degradació del glifosat.
La modificació molecular millora l'eficiència de degradació del glifosat.
Després d'obtenir el model estructural tridimensional precís de l'AKR4C17/NADP+/glifosat, l'equip del professor Guo Ruiting va obtenir a més una proteïna mutant AKR4C17F291D amb un augment del 70% en l'eficiència de degradació del glifosat mitjançant l'anàlisi de l'estructura enzimàtica i un disseny racional.
Anàlisi de l'activitat degradant del glifosat dels mutants AKR4C17.
«El nostre treball revela el mecanisme molecular de l'AKR4C16 i l'AKR4C17 que catalitzen la degradació del glifosat, la qual cosa estableix una base important per a una major modificació de l'AKR4C16 i l'AKR4C17 per millorar la seva eficiència de degradació del glifosat.» L'autor corresponent de l'article, el professor associat Dai Longhai de la Universitat de Hubei, va dir que van construir una proteïna mutant AKR4C17F291D amb una eficiència de degradació del glifosat millorada, que proporciona una eina important per cultivar cultius transgènics d'alta resistència al glifosat amb baixos residus de glifosat i utilitzar bacteris d'enginyeria microbiana per degradar el glifosat en el medi ambient.
Es diu que l'equip de Guo Ruiting fa temps que es dedica a la investigació sobre l'anàlisi estructural i la discussió dels mecanismes d'enzims de biodegradació, terpenoides sintases i proteïnes diana farmacològica de substàncies tòxiques i nocives en el medi ambient. Li Hao, l'investigador associat Yang Yu i el professor Hu Yumei de l'equip són els coautors principals de l'article, i Guo Ruiting i Dai Longhai són els autors corresponsals.
Data de publicació: 02-06-2022