S roční produkcí přes 700 000 tun je glyfosát nejpoužívanějším a největším herbicidem na světě.Odolnost proti plevelům a potenciální hrozby pro ekologické prostředí a lidské zdraví způsobené zneužíváním glyfosátu přitahují velkou pozornost.
29. května tým profesora Guo Ruitinga ze Státní klíčové laboratoře biokatalýzy a enzymatického inženýrství, společně založené School of Life Sciences Univerzity Hubei a provinčními a ministerskými odděleními, publikoval nejnovější výzkumný článek v Journal of Hazardous Materials, analyzující první rozbor trávy na dvorku.Aldo-ketoreduktáza AKR4C16 a AKR4C17 odvozená z maligního neloupaného plevele katalyzuje reakční mechanismus degradace glyfosátu a výrazně zlepšuje účinnost degradace glyfosátu působením AKR4C17 prostřednictvím molekulární modifikace.
Rostoucí odolnost vůči glyfosátu.
Od svého zavedení v 70. letech 20. století je glyfosát populární po celém světě a postupně se stal nejlevnějším, nejpoužívanějším a nejproduktivnějším širokospektrým herbicidem.Způsobuje metabolické poruchy v rostlinách, včetně plevelů, specifickou inhibicí 5-enolpyruvylshikimát-3-fosfát syntázy (EPSPS), klíčového enzymu zapojeného do růstu a metabolismu rostlin.a smrt.
Proto je šlechtění transgenních plodin odolných vůči glyfosátu a používání glyfosátu na poli důležitým způsobem kontroly plevelů v moderním zemědělství.
S rozšířeným používáním a zneužíváním glyfosátu se však postupně vyvinuly desítky plevelů a vyvinuly se u nich vysoká tolerance vůči glyfosátu.
Geneticky modifikované plodiny odolné vůči glyfosátu navíc nemohou glyfosát rozkládat, což má za následek hromadění a přenos glyfosátu v plodinách, který se může snadno šířit potravním řetězcem a ohrožovat lidské zdraví.
Proto je naléhavé objevit geny, které mohou degradovat glyfosát, aby bylo možné kultivovat transgenní plodiny vysoce odolné vůči glyfosátu s nízkými zbytky glyfosátu.
Řešení krystalové struktury a mechanismu katalytické reakce enzymů degradujících glyfosát rostlinného původu
V roce 2019 čínské a australské výzkumné týmy poprvé identifikovaly dvě aldo-ketoreduktázy degradující glyfosát, AKR4C16 a AKR4C17, z travnaté trávy odolné vůči glyfosátu.Mohou používat NADP+ jako kofaktor k degradaci glyfosátu na netoxickou kyselinu aminomethylfosfonovou a kyselinu glyoxylovou.
AKR4C16 a AKR4C17 jsou první hlášené enzymy degradující glyfosát produkované přirozenou evolucí rostlin.Za účelem dalšího prozkoumání molekulárního mechanismu jejich degradace glyfosátu použil tým Guo Ruitinga rentgenovou krystalografii k analýze vztahu mezi těmito dvěma enzymy a vysokým kofaktorem.Komplexní struktura rozlišení odhalila vazebný režim ternárního komplexu glyfosátu, NADP+ a AKR4C17 a navrhla mechanismus katalytické reakce degradace glyfosátu zprostředkované AKR4C16 a AKR4C17.
Struktura komplexu AKR4C17/NADP+/glyfosát a reakční mechanismus degradace glyfosátu.
Molekulární modifikace zlepšuje účinnost degradace glyfosátu.
Po získání jemného trojrozměrného strukturálního modelu AKR4C17/NADP+/glyfosátu tým profesora Guo Ruitinga dále získal mutantní protein AKR4C17F291D se 70% zvýšením degradační účinnosti glyfosátu pomocí analýzy enzymové struktury a racionálního návrhu.
Analýza aktivity degradace glyfosátu mutantů AKR4C17.
"Naše práce odhaluje molekulární mechanismus AKR4C16 a AKR4C17 katalyzující degradaci glyfosátu, což pokládá důležitý základ pro další modifikaci AKR4C16 a AKR4C17 pro zlepšení jejich degradační účinnosti glyfosátu."Odpovídající autor článku, docent Dai Longhai z Hubei University řekl, že zkonstruovali mutantní protein AKR4C17F291D se zlepšenou účinností degradace glyfosátu, který poskytuje důležitý nástroj pro kultivaci transgenních plodin vysoce odolných vůči glyfosátu s nízkými zbytky glyfosátu a pro použití mikrobiálních inženýrských bakterií k degradovat glyfosát v životním prostředí.
Uvádí se, že tým Guo Ruitinga se dlouhodobě zabývá výzkumem strukturní analýzy a diskusí o mechanismech biodegradačních enzymů, terpenoidních syntáz a cílových proteinů léčiv toxických a škodlivých látek v životním prostředí.Li Hao, přidružený výzkumník Yang Yu a lektor Hu Yumei v týmu jsou spolu prvními autory článku a Guo Ruiting a Dai Longhai jsou spoluodpovídajícími autory.
Čas odeslání: Jun-02-2022