Med en årlig produktion på över 700 000 ton är glyfosat den mest använda och största herbiciden i världen.Ogräsresistens och potentiella hot mot den ekologiska miljön och människors hälsa orsakade av missbruk av glyfosat har väckt stor uppmärksamhet.
Den 29 maj publicerade professor Guo Ruitings team från State Key Laboratory of Biocatalysis and Enzyme Engineering, gemensamt inrättat av School of Life Sciences vid Hubei University och provins- och ministeravdelningarna, den senaste forskningsartikeln i Journal of Hazardous Materials, där de analyserade den första analysen av ladugårdsgräs.(Ett malignt ochräs)-härlett aldo-keto-reduktas AKR4C16 och AKR4C17 katalyserar reaktionsmekanismen för glyfosatnedbrytning och förbättrar kraftigt nedbrytningseffektiviteten av glyfosat genom AKR4C17 genom molekylär modifiering.
Ökad glyfosatresistens.
Sedan introduktionen på 1970-talet har glyfosat varit populärt över hela världen och har gradvis blivit den billigaste, mest använda och mest produktiva bredspektrum-ogräsmedlet.Det orsakar metabola störningar i växter, inklusive ogräs, genom att specifikt hämma 5-enolpyruvylshikimat-3-fosfatsyntas (EPSPS), ett nyckelenzym som är involverat i växttillväxt och metabolism.och döden.
Därför är uppfödning av glyfosatresistenta transgena grödor och användning av glyfosat i fält ett viktigt sätt att bekämpa ogräs i modernt jordbruk.
Men med den utbredda användningen och missbruket av glyfosat har dussintals ogräs gradvis utvecklats och utvecklat hög glyfosattolerans.
Dessutom kan glyfosatresistenta genetiskt modifierade grödor inte bryta ner glyfosat, vilket resulterar i ackumulering och överföring av glyfosat i grödor, som lätt kan spridas genom näringskedjan och äventyra människors hälsa.
Därför är det angeläget att upptäcka gener som kan bryta ned glyfosat, för att odla transgena grödor med hög glyfosat-resistenta nivå med låga glyfosatrester.
Lösning av kristallstrukturen och katalytiska reaktionsmekanismen hos växthärledda glyfosatnedbrytande enzymer
Under 2019 identifierade kinesiska och australiensiska forskarlag två glyfosatnedbrytande aldo-keto-reduktaser, AKR4C16 och AKR4C17, för första gången från glyfosatresistent ladugårdsgräs.De kan använda NADP+ som en kofaktor för att bryta ned glyfosat till ogiftig aminometylfosfonsyra och glyoxylsyra.
AKR4C16 och AKR4C17 är de första rapporterade glyfosatnedbrytande enzymerna som produceras av naturlig utveckling av växter.För att ytterligare utforska den molekylära mekanismen för deras nedbrytning av glyfosat, använde Guo Ruitings team röntgenkristallografi för att analysera förhållandet mellan dessa två enzymer och cofactor high.Upplösningens komplexa struktur avslöjade bindningssättet för det ternära komplexet av glyfosat, NADP+ och AKR4C17, och föreslog den katalytiska reaktionsmekanismen för AKR4C16 och AKR4C17-medierad glyfosatnedbrytning.
Struktur av AKR4C17/NADP+/glyfosatkomplex och reaktionsmekanism för glyfosatnedbrytning.
Molekylär modifiering förbättrar nedbrytningseffektiviteten hos glyfosat.
Efter att ha erhållit den fina tredimensionella strukturmodellen av AKR4C17/NADP+/glyfosat, erhöll professor Guo Ruitings team ytterligare ett mutantprotein AKR4C17F291D med en 70% ökning av nedbrytningseffektiviteten av glyfosat genom analys av enzymstruktur och rationell design.
Analys av glyfosatnedbrytande aktivitet av AKR4C17-mutanter.
"Vårt arbete avslöjar den molekylära mekanismen för AKR4C16 och AKR4C17 som katalyserar nedbrytningen av glyfosat, vilket lägger en viktig grund för den ytterligare modifieringen av AKR4C16 och AKR4C17 för att förbättra deras nedbrytningseffektivitet av glyfosat."Motsvarande författare till uppsatsen, docent Dai Longhai vid Hubei University sa att de konstruerade ett mutantprotein AKR4C17F291D med förbättrad effektivitet i glyfosatnedbrytning, vilket ger ett viktigt verktyg för att odla transgena grödor med hög glyfosatresistens med låga glyfosatrester och använda mikrobiella konstruktioner för att framkalla bakterier. bryter ner glyfosat i miljön.
Det rapporteras att Guo Ruitings team länge har varit engagerat i forskningen om strukturanalys och mekanismdiskussion av biologiska nedbrytningsenzymer, terpenoidsyntaser och läkemedelsmålproteiner av giftiga och skadliga ämnen i miljön.Li Hao, biträdande forskare Yang Yu och föreläsare Hu Yumei i teamet är de första författarna av uppsatsen, och Guo Ruiting och Dai Longhai är de motsvarande författarna.
Posttid: 2022-02-02