Glifosatas, kurio metinė produkcija viršija 700 000 tonų, yra plačiausiai naudojamas ir didžiausias herbicidas pasaulyje.Didelio dėmesio sulaukė atsparumas piktžolėms ir galimos grėsmės ekologinei aplinkai bei žmonių sveikatai dėl piktnaudžiavimo glifosatu.
Gegužės 29 d. profesoriaus Guo Ruitingo komanda iš Valstybinės pagrindinės biokatalizės ir fermentų inžinerijos laboratorijos, kurią kartu įsteigė Hubėjaus universiteto Gyvybės mokslų mokykla ir provincijos bei ministerijų departamentai, paskelbė naujausią mokslinį dokumentą pavojingų medžiagų žurnale, kuriame analizavo. pirmoji tvarto žolės analizė.Iš (piktybinės žaliavinės piktžolės) gauta aldo-keto reduktazė AKR4C16 ir AKR4C17 katalizuoja glifosato skilimo reakcijos mechanizmą ir labai pagerina glifosato skaidymo efektyvumą AKR4C17 per molekulinę modifikaciją.
Augantis atsparumas glifosatui.
Nuo pat septintojo dešimtmečio pradžios glifosatas buvo populiarus visame pasaulyje ir pamažu tapo pigiausiu, plačiausiai naudojamu ir produktyviausiu plataus veikimo spektro herbicidu.Jis sukelia medžiagų apykaitos sutrikimus augaluose, įskaitant piktžoles, specifiškai slopindamas 5-enolpiruvilshikimate-3-fosfato sintazę (EPSPS), pagrindinį fermentą, dalyvaujantį augalų augime ir metabolizme.ir mirtis.
Todėl glifosatui atsparių transgeninių augalų veisimas ir glifosato naudojimas lauke yra svarbus būdas šiuolaikiniame žemės ūkyje naikinti piktžoles.
Tačiau plačiai naudojant ir piktnaudžiaujant glifosatu, pamažu išsivystė dešimtys piktžolių ir išvystė aukštą glifosato toleranciją.
Be to, glifosatui atsparūs genetiškai modifikuoti augalai negali suskaidyti glifosato, todėl pasėliuose kaupiasi ir pernešamas glifosatas, kuris gali lengvai plisti per maisto grandinę ir kelti pavojų žmonių sveikatai.
Todėl skubiai reikia atrasti genus, galinčius skaidyti glifosatą, kad būtų galima auginti labai glifosatui atsparius transgeninius augalus su mažais glifosato likučiais.
Augalinės kilmės glifosatą skaidančių fermentų kristalinės struktūros ir katalizinės reakcijos mechanizmo sprendimas
2019 m. Kinijos ir Australijos mokslininkų grupės pirmą kartą nustatė dvi glifosatą ardančias aldo-keto reduktazes – AKR4C16 ir AKR4C17 – iš glifosatui atsparios daržinės žolės.Jie gali naudoti NADP+ kaip kofaktorių glifosatui skaidyti iki netoksiškos aminometilfosfono rūgšties ir glioksilo rūgšties.
AKR4C16 ir AKR4C17 yra pirmieji glifosatą skaidantys fermentai, pagaminti natūralios augalų evoliucijos metu.Siekdama toliau ištirti jų glifosato skaidymo molekulinį mechanizmą, Guo Ruiting komanda naudojo rentgeno kristalografiją, kad ištirtų ryšį tarp šių dviejų fermentų ir didelio kofaktoriaus.Sudėtinga skiriamosios gebos struktūra atskleidė trijų komponentų glifosato, NADP+ ir AKR4C17 komplekso surišimo būdą ir pasiūlė AKR4C16 ir AKR4C17 sukelto glifosato skaidymo katalizinės reakcijos mechanizmą.
AKR4C17/NADP+/glifosato komplekso struktūra ir glifosato skaidymo reakcijos mechanizmas.
Molekulinis modifikavimas pagerina glifosato skaidymo efektyvumą.
Gavusi puikų trimatį AKR4C17/NADP+/glifosato struktūrinį modelį, profesoriaus Guo Ruitingo komanda toliau gavo mutantinį baltymą AKR4C17F291D, kurio glifosato skilimo efektyvumas padidėjo 70 %, atlikus fermentų struktūros analizę ir racionalų projektavimą.
AKR4C17 mutantų glifosatą skaidančio aktyvumo analizė.
„Mūsų darbas atskleidžia AKR4C16 ir AKR4C17 molekulinį mechanizmą, katalizuojantį glifosato skaidymą, o tai sudaro svarbų pagrindą tolesniam AKR4C16 ir AKR4C17 modifikavimui, siekiant pagerinti jų glifosato skaidymo efektyvumą.Atitinkamas šio straipsnio autorius, Hubėjaus universiteto docentas Dai Longhai teigė, kad jie sukūrė mutantinį baltymą AKR4C17F291D su geresniu glifosato skaidymo efektyvumu, kuris yra svarbi priemonė auginant glifosatui atsparius transgeninius augalus, kuriuose yra mažai glifosato likučių, ir naudojant. skaido glifosatą aplinkoje.
Pranešama, kad Guo Ruiting komanda jau seniai užsiima biologinio skaidymo fermentų, terpenoidų sintezių ir toksiškų bei kenksmingų medžiagų baltymų taikinių, esančių aplinkoje, struktūros analizės ir mechanizmų aptarimo tyrimais.Li Hao, asocijuotas tyrėjas Yang Yu ir dėstytojas Hu Yumei yra pirmieji šio straipsnio autoriai, o Guo Ruiting ir Dai Longhai yra bendraautoriai.
Paskelbimo laikas: 2022-02-02