Med en årlig produktion på over 700.000 tons er glyphosat det mest udbredte og største herbicid i verden.Ukrudtsresistens og potentielle trusler mod det økologiske miljø og menneskers sundhed forårsaget af misbrug af glyphosat har tiltrukket sig stor opmærksomhed.
Den 29. maj offentliggjorde professor Guo Ruitings team fra State Key Laboratory of Biocatalysis and Enzyme Engineering, etableret i fællesskab af School of Life Sciences ved Hubei University og de provinsielle og ministerielle afdelinger, det seneste forskningspapir i Journal of Hazardous Materials, der analyserer den første analyse af gårdgræs.(Et malignt ukrudt)-afledt aldo-keto-reduktase AKR4C16 og AKR4C17 katalyserer reaktionsmekanismen for glyphosatnedbrydning og forbedrer i høj grad nedbrydningseffektiviteten af glyphosat ved AKR4C17 gennem molekylær modifikation.
Stigende glyphosatresistens.
Siden introduktionen i 1970'erne har glyphosat været populært over hele verden og er efterhånden blevet det billigste, mest udbredte og mest produktive bredspektrede herbicid.Det forårsager metaboliske forstyrrelser i planter, herunder ukrudt, ved specifikt at hæmme 5-enolpyruvylshikimat-3-phosphatsyntase (EPSPS), et nøgleenzym involveret i plantevækst og metabolisme.og døden.
Derfor er avl af glyphosat-resistente transgene afgrøder og brug af glyphosat i marken en vigtig måde at bekæmpe ukrudt på i moderne landbrug.
Men med den udbredte brug og misbrug af glyphosat har snesevis af ukrudt gradvist udviklet sig og udviklet høj glyphosat-tolerance.
Derudover kan glyphosat-resistente genmodificerede afgrøder ikke nedbryde glyphosat, hvilket resulterer i ophobning og overførsel af glyphosat i afgrøder, som nemt kan spredes gennem fødekæden og bringe menneskers sundhed i fare.
Derfor haster det med at opdage gener, der kan nedbryde glyphosat, for at dyrke højglyphosat-resistente transgene afgrøder med lave glyphosatrester.
Løsning af krystalstrukturen og den katalytiske reaktionsmekanisme af plante-afledte glyphosat-nedbrydende enzymer
I 2019 identificerede kinesiske og australske forskerhold to glyphosat-nedbrydende aldo-keto-reduktaser, AKR4C16 og AKR4C17, for første gang fra glyphosat-resistent gårdgræs.De kan bruge NADP+ som en cofaktor til at nedbryde glyphosat til ikke-toksisk aminomethylphosphonsyre og glyoxylsyre.
AKR4C16 og AKR4C17 er de første rapporterede glyphosat-nedbrydende enzymer produceret ved naturlig udvikling af planter.For yderligere at udforske den molekylære mekanisme for deres nedbrydning af glyphosat, brugte Guo Ruitings team røntgenkrystallografi til at analysere forholdet mellem disse to enzymer og cofactor high.Den komplekse struktur af opløsningen afslørede bindingsmåden for det ternære kompleks af glyphosat, NADP+ og AKR4C17 og foreslog den katalytiske reaktionsmekanisme for AKR4C16 og AKR4C17-medieret glyphosatnedbrydning.
Struktur af AKR4C17/NADP+/glyphosatkompleks og reaktionsmekanisme for glyphosatnedbrydning.
Molekylær modifikation forbedrer nedbrydningseffektiviteten af glyphosat.
Efter at have opnået den fine tredimensionelle strukturelle model af AKR4C17/NADP+/glyphosat, opnåede professor Guo Ruitings team yderligere et mutantprotein AKR4C17F291D med en 70% stigning i nedbrydningseffektiviteten af glyphosat gennem enzymstrukturanalyse og rationelt design.
Analyse af glyphosat-nedbrydende aktivitet af AKR4C17 mutanter.
"Vores arbejde afslører den molekylære mekanisme af AKR4C16 og AKR4C17, der katalyserer nedbrydningen af glyphosat, hvilket lægger et vigtigt grundlag for den yderligere modifikation af AKR4C16 og AKR4C17 for at forbedre deres nedbrydningseffektivitet af glyphosat."Tilsvarende forfatter til papiret, lektor Dai Longhai fra Hubei University sagde, at de konstruerede et mutantprotein AKR4C17F291D med forbedret glyphosatnedbrydningseffektivitet, som giver et vigtigt værktøj til at dyrke højglyphosatresistente transgene afgrøder med lavt glyphosat-rester og bruge mikrobielle manipulation af bakterier. nedbryder glyphosat i miljøet.
Det er rapporteret, at Guo Ruitings team længe har været engageret i forskningen i strukturanalyse og mekanismediskussion af bionedbrydningsenzymer, terpenoidsyntaser og lægemiddelmålproteiner af giftige og skadelige stoffer i miljøet.Li Hao, associeret forsker Yang Yu og foredragsholder Hu Yumei i teamet er de første forfattere af papiret, og Guo Ruiting og Dai Longhai er de co-korresponderende forfattere.
Indlægstid: Jun-02-2022