Dengan pengeluaran tahunan melebihi 700,000 tan, glifosat adalah racun herba yang paling banyak digunakan dan terbesar di dunia. Rintangan rumpai dan potensi ancaman terhadap persekitaran ekologi dan kesihatan manusia yang disebabkan oleh penyalahgunaan glifosat telah menarik perhatian yang besar.
Pada 29 Mei, pasukan Profesor Guo Ruiting dari Makmal Utama Biocatalysis dan Kejuruteraan Enzim Negeri, yang ditubuhkan bersama oleh Pusat Pengajian Sains Hayat Universiti Hubei dan jabatan wilayah dan kementerian, menerbitkan kertas penyelidikan terkini dalam Jurnal Bahan Berbahaya, menganalisis analisis pertama rumput barnyard. (Seekor rumpai padi malignan) yang diperolehi aldo-keto reduktase AKR4C16 dan AKR4C17 memangkinkan mekanisme tindak balas degradasi glifosat, dan meningkatkan kecekapan degradasi glifosat oleh AKR4C17 melalui pengubahsuaian molekul.
Rintangan glifosat yang semakin meningkat.
Sejak diperkenalkan pada tahun 1970-an, glifosat telah popular di seluruh dunia, dan secara beransur-ansur menjadi racun herba spektrum luas yang paling murah, paling banyak digunakan dan paling produktif. Ia menyebabkan gangguan metabolik dalam tumbuhan, termasuk rumpai, dengan secara khusus menghalang 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS), enzim utama yang terlibat dalam pertumbuhan dan metabolisme tumbuhan. dan kematian.
Oleh itu, pembiakan tanaman transgenik tahan glifosat dan menggunakan glifosat di ladang adalah cara penting untuk mengawal rumpai dalam pertanian moden.
Walau bagaimanapun, dengan penggunaan dan penyalahgunaan glifosat yang meluas, berpuluh-puluh rumpai telah berkembang secara beransur-ansur dan membangunkan toleransi glifosat yang tinggi.
Selain itu, tanaman yang diubah suai secara genetik yang tahan glifosat tidak boleh mengurai glifosat, mengakibatkan pengumpulan dan pemindahan glifosat dalam tanaman, yang boleh merebak dengan mudah melalui rantai makanan dan membahayakan kesihatan manusia.
Oleh itu, adalah penting untuk menemui gen yang boleh merendahkan glifosat, supaya dapat memupuk tanaman transgenik tahan glifosat tinggi dengan sisa glifosat yang rendah.
Menyelesaikan struktur kristal dan mekanisme tindak balas pemangkin bagi enzim pengurai glifosat yang berasal dari tumbuhan
Pada 2019, pasukan penyelidik China dan Australia mengenal pasti dua reduktase aldo-keto yang merendahkan glifosat, AKR4C16 dan AKR4C17, buat kali pertama daripada rumput barnyard kalis glifosat. Mereka boleh menggunakan NADP+ sebagai kofaktor untuk merendahkan glifosat kepada asid aminomethylphosphonic nontoxic dan asid glioksilik.
AKR4C16 dan AKR4C17 ialah enzim merendahkan glifosat pertama yang dilaporkan dihasilkan oleh evolusi semula jadi tumbuhan. Untuk meneroka lebih lanjut mekanisme molekul degradasi glifosat mereka, pasukan Guo Ruiting menggunakan kristalografi sinar-X untuk menganalisis hubungan antara kedua-dua enzim dan kofaktor tinggi ini. Struktur kompleks resolusi mendedahkan mod pengikatan kompleks ternary glifosat, NADP+ dan AKR4C17, dan mencadangkan mekanisme tindak balas pemangkin AKR4C16 dan degradasi glifosat pengantara AKR4C17.
Struktur kompleks AKR4C17/NADP+/glifosat dan mekanisme tindak balas degradasi glifosat.
Pengubahsuaian molekul meningkatkan kecekapan degradasi glifosat.
Selepas memperoleh model struktur tiga dimensi halus AKR4C17/NADP+/glyphosate, pasukan Profesor Guo Ruiting seterusnya memperoleh protein mutan AKR4C17F291D dengan peningkatan 70% dalam kecekapan degradasi glifosat melalui analisis struktur enzim dan reka bentuk rasional.
Analisis aktiviti merendahkan glyphosate mutan AKR4C17.
"Kerja kami mendedahkan mekanisme molekul AKR4C16 dan AKR4C17 yang memangkinkan degradasi glifosat, yang meletakkan asas penting untuk pengubahsuaian lanjut AKR4C16 dan AKR4C17 untuk meningkatkan kecekapan degradasi glifosat mereka." Penulis kertas yang sepadan, Profesor Madya Dai Longhai dari Universiti Hubei Berkata bahawa mereka membina protein mutan AKR4C17F291D dengan kecekapan degradasi glifosat yang lebih baik, yang menyediakan alat penting untuk menanam tanaman transgenik tahan glifosat tinggi dengan sisa glifosat rendah dan menggunakan bakteria kejuruteraan mikrob untuk merendahkan glifosat dalam persekitaran.
Dilaporkan bahawa pasukan Guo Ruiting telah lama terlibat dalam penyelidikan mengenai analisis struktur dan perbincangan mekanisme enzim biodegradasi, sintase terpenoid, dan protein sasaran dadah bahan toksik dan berbahaya dalam alam sekitar. Li Hao, penyelidik bersekutu Yang Yu dan pensyarah Hu Yumei dalam pasukan adalah pengarang pertama kertas kerja itu, dan Guo Ruiting dan Dai Longhai ialah pengarang yang sepadan.
Masa siaran: Jun-02-2022