З річним виробництвом понад 700 000 тонн гліфосат є найбільш широко використовуваним і найбільшим гербіцидом у світі.Стійкість бур'янів та потенційні загрози для навколишнього середовища та здоров'я людини, спричинені зловживанням гліфосатом, привернули велику увагу.
29 травня команда професора Го Жуйтінга з Державної ключової лабораторії біокаталізу та ферментної інженерії, спільно створеної Школою наук про життя Хубейського університету та провінційними та міністерськими департаментами, опублікувала останню дослідницьку статтю в Журналі небезпечних матеріалів, аналізуючи перший аналіз комірної трави.Альдо-кеторедуктаза AKR4C16 і AKR4C17 (злоякісного рисового бур’яну) каталізує реакційний механізм деградації гліфосату та значно покращує ефективність деградації гліфосату AKR4C17 шляхом молекулярної модифікації.
Зростання стійкості до гліфосату.
З моменту появи в 1970-х роках гліфосат був популярний у всьому світі і поступово став найдешевшим, найпоширенішим і найпродуктивнішим гербіцидом широкого спектру дії.Він викликає метаболічні розлади в рослинах, включаючи бур’яни, шляхом специфічного інгібування 5-енолпірувілшикімат-3-фосфатсинтази (EPSPS), ключового ферменту, який бере участь у рості та метаболізмі рослин.і смерть.
Тому розведення стійких до гліфосату трансгенних культур і використання гліфосату в полі є важливим способом боротьби з бур’янами в сучасному сільському господарстві.
Однак із широким використанням і зловживанням гліфосатом десятки бур’янів поступово еволюціонували та розвинули високу толерантність до гліфосату.
Крім того, стійкі до гліфосату генетично модифіковані культури не можуть розщеплювати гліфосат, що призводить до накопичення та передачі гліфосату в культурах, які можуть легко поширюватися через харчовий ланцюг і становити загрозу здоров’ю людини.
Тому необхідно терміново виявити гени, які можуть розщеплювати гліфосат, щоб вирощувати високостійкі до гліфосату трансгенні культури з низькими залишками гліфосату.
Вивчення кристалічної структури та механізму каталітичної реакції ферментів, що розкладають гліфосат рослинного походження
У 2019 році китайські та австралійські дослідницькі групи вперше ідентифікували дві альдо-кеторедуктази, що розкладають гліфосат, AKR4C16 і AKR4C17, у стійкій до гліфосату траві.Вони можуть використовувати NADP+ як кофактор для розкладання гліфосату до нетоксичної амінометилфосфонової кислоти та гліоксилової кислоти.
AKR4C16 і AKR4C17 - це перші зареєстровані ферменти, що розкладають гліфосат, які виробляються природною еволюцією рослин.Щоб глибше дослідити молекулярний механізм розкладання гліфосату, команда Го Руйтінга використала рентгенівську кристалографію, щоб проаналізувати взаємозв’язок між цими двома ферментами та високим кофактором.Комплексна структура розділення виявила режим зв’язування потрійного комплексу гліфосату, NADP+ і AKR4C17, і запропонувала каталітичний механізм реакції AKR4C16 і AKR4C17-опосередкованої деградації гліфосату.
Структура комплексу AKR4C17/NADP+/гліфосат та механізм реакції деградації гліфосату.
Молекулярна модифікація покращує ефективність деградації гліфосату.
Після отримання точної тривимірної структурної моделі AKR4C17/NADP+/гліфосату команда професора Гуо Руйтінга додатково отримала мутантний білок AKR4C17F291D із збільшенням ефективності деградації гліфосату на 70% завдяки аналізу структури ферменту та раціональному дизайну.
Аналіз гліфосат-деградуючої активності мутантів AKR4C17.
«Наша робота розкриває молекулярний механізм AKR4C16 і AKR4C17, що каталізує деградацію гліфосату, що закладає важливу основу для подальшої модифікації AKR4C16 і AKR4C17 для підвищення ефективності їх деградації гліфосату».Автор-кореспондент статті, доцент Дай Лонхай з Хубейського університету сказав, що вони сконструювали мутантний білок AKR4C17F291D з покращеною ефективністю розкладання гліфосату, який забезпечує важливий інструмент для вирощування високостійких до гліфосату трансгенних культур із низьким вмістом залишків гліфосату та використання бактерій мікробної інженерії для розщеплювати гліфосат у навколишньому середовищі.
Повідомляється, що команда Го Руйтінга вже давно займається дослідженнями аналізу структури та обговоренням механізму ферментів біодеградації, терпеноїдних синтаз і цільових білків ліків токсичних і шкідливих речовин у навколишньому середовищі.Лі Хао, асоційований науковий співробітник Ян Юй і викладач Ху Юймей у команді є співавторами статті, а Гуо Руйтін і Дай Лонхай є співавторами.
Час публікації: 02 червня 2022 р