Dengan pengeluaran tahunan lebih 700,000 tan, glifosat merupakan racun herba yang paling banyak digunakan dan terbesar di dunia. Kerintangan rumpai dan potensi ancaman kepada 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 Negeri bagi Biokatalisis dan Kejuruteraan Enzim, yang ditubuhkan bersama oleh Sekolah Sains Hayat Universiti Hubei dan jabatan wilayah dan kementerian, telah menerbitkan kertas penyelidikan terkini dalam Journal of Hazardous Materials, yang menganalisis analisis pertama rumput kandang. (Rumpai padi malignan) - aldo-keto reduktase AKR4C16 dan AKR4C17 - memangkinkan mekanisme tindak balas degradasi glifosat, dan meningkatkan kecekapan degradasi glifosat oleh AKR4C17 dengan ketara melalui pengubahsuaian molekul.
Rintangan glifosat yang semakin meningkat.
Sejak diperkenalkan pada tahun 1970-an, glyphosate 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 pada tumbuhan, termasuk rumpai, dengan secara khusus menghalang 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS), enzim utama yang terlibat dalam pertumbuhan dan metabolisme tumbuhan, serta kematian.
Oleh itu, pembiakan tanaman transgenik tahan glifosat dan penggunaan glifosat di lapangan merupakan 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 mengembangkan toleransi glifosat yang tinggi.
Di samping itu, tanaman yang diubah suai secara genetik yang tahan glifosat tidak dapat menguraikan glifosat, mengakibatkan pengumpulan dan pemindahan glifosat dalam tanaman, yang boleh merebak dengan mudah melalui rantaian makanan dan membahayakan kesihatan manusia.
Oleh itu, adalah penting untuk menemui gen yang boleh mendegradasi glifosat, bagi membolehkan tanaman transgenik yang tahan glifosat tinggi dengan residu glifosat yang rendah.
Menyelesaikan struktur kristal dan mekanisme tindak balas pemangkin enzim penguraian glifosat yang berasal dari tumbuhan
Pada tahun 2019, pasukan penyelidikan China dan Australia mengenal pasti dua reduktase aldo-keto pengurai glifosat, AKR4C16 dan AKR4C17, buat kali pertama daripada rumput kandang yang tahan glifosat. Mereka boleh menggunakan NADP+ sebagai kofaktor untuk mengurai glifosat kepada asid aminometilfosfonik dan asid glioksilik yang tidak toksik.
AKR4C16 dan AKR4C17 merupakan enzim penguraian glifosat pertama yang dilaporkan yang dihasilkan oleh evolusi semula jadi tumbuhan. Untuk meneroka lebih lanjut mekanisme molekul penguraian glifosat oleh mereka, pasukan Guo Ruiting menggunakan kristalografi sinar-X untuk menganalisis hubungan antara kedua-dua enzim ini dan kofaktor yang tinggi. Struktur kompleks resolusi mendedahkan mod pengikatan kompleks ternari glifosat, NADP+ dan AKR4C17, dan mencadangkan mekanisme tindak balas pemangkinan penguraian glifosat yang dimediasi oleh AKR4C16 dan AKR4C17.
Struktur kompleks AKR4C17/NADP+/glifosat dan mekanisme tindak balas degradasi glifosat.
Pengubahsuaian molekul meningkatkan kecekapan degradasi glifosat.
Selepas memperoleh model struktur tiga dimensi AKR4C17/NADP+/glyphosate yang halus, pasukan Profesor Guo Ruiting seterusnya memperoleh protein mutan AKR4C17F291D dengan peningkatan kecekapan degradasi glyphosate sebanyak 70% melalui analisis struktur enzim dan reka bentuk rasional.
Analisis aktiviti penguraian glifosat bagi mutan AKR4C17.
“Kerja kami mendedahkan mekanisme molekul AKR4C16 dan AKR4C17 yang memangkinkan degradasi glifosat, yang meletakkan asas penting untuk pengubahsuaian selanjutnya AKR4C16 dan AKR4C17 bagi meningkatkan kecekapan degradasi glifosat mereka.” Penulis kertas kerja yang sepadan, Profesor Madya Dai Longhai dari Universiti Hubei berkata bahawa mereka membina protein mutan AKR4C17F291D dengan kecekapan degradasi glifosat yang dipertingkatkan, yang menyediakan alat penting untuk menanam tanaman transgenik tahan glifosat tinggi dengan residu glifosat rendah dan menggunakan bakteria kejuruteraan mikrob untuk mendegradasi glifosat dalam alam sekitar.
Dilaporkan bahawa pasukan Guo Ruiting telah lama terlibat dalam penyelidikan mengenai analisis struktur dan perbincangan mekanisme enzim biodegradasi, sintase terpenoid, dan protein sasaran ubat bagi bahan toksik dan berbahaya di alam sekitar. Li Hao, penyelidik bersekutu Yang Yu dan pensyarah Hu Yumei dalam pasukan itu merupakan penulis bersama pertama kertas kerja ini, dan Guo Ruiting dan Dai Longhai merupakan penulis bersama.
Masa siaran: 02 Jun 2022