Со годишно производство од над 700.000 тони, глифосатот е најшироко користениот и најголем хербицид во светот. Отпорноста на плевелите и потенцијалните закани за еколошката средина и здравјето на луѓето предизвикани од злоупотребата на глифосатот привлекоа големо внимание.
На 29 мај, тимот на професорот Гуо Руитинг од Државната клучна лабораторија за биокатализа и ензимско инженерство, заеднички основана од Факултетот за биолошки науки на Универзитетот Хубеи и покраинските и министерските оддели, го објави најновиот истражувачки труд во Journal of Hazardous Materials, анализирајќи ја првата анализа на шталска трева. Алдо-кето редуктазата AKR4C16 и AKR4C17 добиена од шталска трева (малиген оризов плевел) го катализираат механизмот на реакција на разградување на глифосатот и значително ја подобруваат ефикасноста на разградување на глифосатот со AKR4C17 преку молекуларна модификација.
Растечка отпорност на глифосат.
Од неговото воведување во 1970-тите, глифосатот е популарен низ целиот свет и постепено станува најевтиниот, најшироко користен и најпродуктивен хербицид со широк спектар. Тој предизвикува метаболички нарушувања кај растенијата, вклучувајќи ги и плевелите, со специфично инхибирање на 5-енолпировилшикимат-3-фосфат синтазата (EPSPS), клучен ензим вклучен во растот и метаболизмот на растенијата.
Затоа, одгледувањето трансгени култури отпорни на глифосат и употребата на глифосат на полето е важен начин за контрола на плевелите во современото земјоделство.
Сепак, со широката употреба и злоупотреба на глифосат, десетици плевели постепено еволуирале и развиле висока толеранција на глифосат.
Покрај тоа, генетски модифицираните култури отпорни на глифосат не можат да го разградат глифосатот, што резултира со акумулација и пренос на глифосат во културите, што лесно може да се прошири низ синџирот на исхрана и да го загрози здравјето на луѓето.
Затоа, итно е да се откријат гени кои можат да го разградат глифосатот, со цел да се одгледуваат трансгени култури со висока отпорност на глифосат со ниски остатоци од глифосат.
Решавање на кристалната структура и механизмот на каталитичка реакција на ензими кои го разградуваат глифосатот добиени од растенија
Во 2019 година, кинески и австралиски истражувачки тимови идентификуваа две алдо-кето редуктази кои го разградуваат глифосатот, AKR4C16 и AKR4C17, за прв пат од шталска трева отпорна на глифосат. Тие можат да го користат NADP+ како кофактор за разградување на глифосатот до нетоксична аминометилфосфонска киселина и глиоксилна киселина.
AKR4C16 и AKR4C17 се првите пријавени ензими што го разградуваат глифосатот, произведени со природна еволуција на растенијата. Со цел понатамошно истражување на молекуларниот механизам на нивната разградба на глифосатот, тимот на Гуо Руитинг користеше рендгенска кристалографија за да ја анализира врската помеѓу овие два ензима и кофакторот висок. Комплексната структура на резолуцијата го откри начинот на врзување на тернарниот комплекс на глифосат, NADP+ и AKR4C17, и го предложи механизмот на каталитичка реакција на разградбата на глифосатот посредувана од AKR4C16 и AKR4C17.
Структура на комплексот AKR4C17/NADP+/глифосат и реактивен механизам на разградување на глифосатот.
Молекуларната модификација ја подобрува ефикасноста на разградување на глифосатот.
Откако го добија финиот тродимензионален структурен модел на AKR4C17/NADP+/глифосат, тимот на професорот Гуо Руитинг дополнително доби мутантниот протеин AKR4C17F291D со 70% зголемување на ефикасноста на разградување на глифосатот преку анализа на ензимската структура и рационален дизајн.
Анализа на активноста на разградување на глифосат кај мутантите на AKR4C17.
„Нашата работа го открива молекуларниот механизам на AKR4C16 и AKR4C17 кои катализираат деградација на глифосатот, што поставува важна основа за понатамошна модификација на AKR4C16 и AKR4C17 за да се подобри нивната ефикасност на деградација на глифосатот.“ Дописниот автор на трудот, вонредниот професор Даи Лонгхаи од Универзитетот Хубеи, рече дека тие конструирале мутант протеин AKR4C17F291D со подобрена ефикасност на деградација на глифосатот, што обезбедува важна алатка за одгледување трансгени култури со висока отпорност на глифосат со ниски остатоци од глифосат и користење на микробни инженерски бактерии за деградација на глифосатот во животната средина.
Се наведува дека тимот на Гуо Руитинг долго време се занимава со истражување на анализата на структурата и дискусијата за механизмите на ензимите за биоразградливост, терпеноидните синтази и целните протеини на лекови на токсични и штетни супстанции во животната средина. Ли Хао, вонредниот истражувач Јанг Ју и предавачот Ху Јумеи во тимот се ко-први автори на трудот, а Гуо Руитинг и Даи Лонгхаи се ко-дописни автори.
Време на објавување: 02.06.2022