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 amenaces potencials per al medi ambient ecològic i la salut humana causades per l'abús del glifosat han cridat una gran atenció.
El 29 de maig, l'equip del professor Guo Ruiting del Laboratori Clau Estatal 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 l'últim document de recerca al Journal of Hazardous Materials, analitzant la primera anàlisi de l'herba de corral.L'aldo-ceto reductasa AKR4C16 i AKR4C17 derivades d'una mala herba d'arròs maligna 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 de 1970, el glifosat ha estat popular a tot el món i s'ha convertit gradualment en l'herbicida d'ampli espectre més barat, utilitzat i més productiu.Provoca 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, la cria 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.
Tanmateix, amb l'ús i l'abús generalitzats 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, donant lloc a l'acumulació i transferència de glifosat als cultius, que es pot estendre fàcilment per la cadena alimentària i posar en perill la salut humana.
Per tant, és urgent descobrir gens que puguin degradar el glifosat, per tal de conrear 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 que degradan el glifosat derivats de les plantes
El 2019, els equips d'investigació xinesos i australians van identificar per primera vegada dues aldo-ceto reductases que degradaven el glifosat, AKR4C16 i AKR4C17, a partir d'herba de corral resistent al glifosat.Poden utilitzar NADP + com a cofactor per degradar el glifosat a àcid aminometilfosfònic no tòxic i àcid glioxílic.
AKR4C16 i AKR4C17 són els primers enzims degradants de glifosat produïts per l'evolució natural de les plantes.Per tal d'explorar més 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 el cofactor alt.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 la degradació del glifosat.
La modificació molecular millora l'eficiència de degradació del glifosat.
Després d'obtenir el model estructural tridimensional fi d'AKR4C17/NADP+/glifosat, l'equip del professor Guo Ruiting va obtenir una proteïna mutant AKR4C17F291D amb un augment del 70% de l'eficiència de degradació del glifosat mitjançant l'anàlisi de l'estructura enzimàtica i el disseny racional.
Anàlisi de l'activitat degradadora del glifosat dels mutants AKR4C17.
"El nostre treball revela el mecanisme molecular d'AKR4C16 i AKR4C17 que catalitza la degradació del glifosat, que estableix una base important per a la modificació posterior d'AKR4C16 i 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 conrear cultius transgènics resistents al glifosat amb baixos residus de glifosat i utilitzar bacteris d'enginyeria microbiana per degradar el glifosat al medi ambient.
S'informa que l'equip de Guo Ruiting fa temps que es dedica a la investigació sobre l'anàlisi de l'estructura i la discussió del mecanisme d'enzims de biodegradació, sintasis terpenoides i proteïnes diana de fàrmacs de substàncies tòxiques i nocives al medi ambient.Li Hao, l'investigador associat Yang Yu i el professor Hu Yumei de l'equip són els co-autors primers de l'article, i Guo Ruiting i Dai Longhai són els coautors corresponents.
Hora de publicació: Jun-02-2022