Cunha produción anual de máis de 700.000 toneladas, o glifosato é o herbicida máis empregado e de maior tamaño no mundo. A resistencia ás herbas daniñas e as posibles ameazas para o medio ambiente e a saúde humana causadas polo abuso do glifosato atraeron unha gran atención.
O 29 de maio, o equipo do profesor Guo Ruiting do Laboratorio Estatal Clave de Biocatálise e Enxeñaría Encimática, establecido conxuntamente pola Escola de Ciencias da Vida da Universidade de Hubei e os departamentos provinciais e ministeriais, publicou o seu último artigo de investigación no Journal of Hazardous Materials, no que analiza a primeira análise da herba de curral. A aldo-ceto redutase AKR4C16 e AKR4C17 derivada de (unha herba maligna do arroz) catalizan o mecanismo de reacción da degradación do glifosato e melloran considerablemente a eficiencia da degradación do glifosato por AKR4C17 mediante a modificación molecular.
Crecente resistencia ao glifosato.
Desde a súa introdución na década de 1970, o glifosato gañou popularidade en todo o mundo e converteuse gradualmente no herbicida de amplo espectro máis barato, máis utilizado e máis produtivo. Causa trastornos metabólicos nas plantas, incluídas as malas herbas, ao inhibir especificamente a 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintase (EPSPS), un encima clave implicado no crecemento e metabolismo das plantas, e a morte.
Polo tanto, o cultivo de cultivos transxénicos resistentes ao glifosato e o uso de glifosato no campo é unha forma importante de controlar as herbas daniñas na agricultura moderna.
Non obstante, co uso e abuso xeneralizados do glifosato, ducias de herbas daniñas evolucionaron gradualmente e desenvolveron unha alta tolerancia ao glifosato.
Ademais, os cultivos modificados xeneticamente resistentes ao glifosato non poden descompoñer o glifosato, o que provoca a acumulación e transferencia de glifosato nos cultivos, que se pode propagar facilmente a través da cadea alimentaria e poñer en perigo a saúde humana.
Polo tanto, é urxente descubrir xenes que poidan degradar o glifosato, para cultivar cultivos transxénicos con alta resistencia ao glifosato e baixos residuos de glifosato.
Resolución da estrutura cristalina e do mecanismo de reacción catalítica dos encimas degradantes do glifosato derivados de plantas
En 2019, equipos de investigación chineses e australianos identificaron por primeira vez dúas aldo-ceto reductases que degradan o glifosato, AKR4C16 e AKR4C17, a partir de herba de curral resistente ao glifosato. Poden usar NADP+ como cofactor para degradar o glifosato a ácido aminometilfosfónico e ácido glioxílico non tóxicos.
AKR4C16 e AKR4C17 son os primeiros encimas que degradan o glifosato producidos pola evolución natural das plantas. Co fin de explorar máis a fondo o mecanismo molecular da súa degradación do glifosato, o equipo de Guo Ruiting empregou cristalografía de raios X para analizar a relación entre estes dous encimas e o alto contido de cofactores. A estrutura complexa da resolución revelou o modo de unión do complexo ternario de glifosato, NADP+ e AKR4C17, e propuxo o mecanismo de reacción catalítica da degradación do glifosato mediada por AKR4C16 e AKR4C17.
Estrutura do complexo AKR4C17/NADP+/glifosato e mecanismo de reacción da degradación do glifosato.
A modificación molecular mellora a eficiencia da degradación do glifosato.
Despois de obter o modelo estrutural tridimensional preciso de AKR4C17/NADP+/glifosato, o equipo do profesor Guo Ruiting obtivo ademais unha proteína mutante AKR4C17F291D cun aumento do 70 % na eficiencia de degradación do glifosato mediante a análise da estrutura encimática e un deseño racional.
Análise da actividade degradante do glifosato dos mutantes AKR4C17.
«O noso traballo revela o mecanismo molecular do AKR4C16 e do AKR4C17 que catalizan a degradación do glifosato, o que senta unha base importante para unha maior modificación do AKR4C16 e do AKR4C17 para mellorar a súa eficiencia de degradación do glifosato». O autor correspondente do artigo, o profesor asociado Dai Longhai da Universidade de Hubei, afirmou que construíron unha proteína mutante AKR4C17F291D cunha eficiencia de degradación do glifosato mellorada, o que proporciona unha ferramenta importante para cultivar cultivos transxénicos altamente resistentes ao glifosato con baixos residuos de glifosato e usar bacterias de enxeñaría microbiana para degradar o glifosato no medio ambiente.
Infórmase de que o equipo de Guo Ruiting leva moito tempo dedicado á investigación sobre a análise estrutural e o debate sobre os mecanismos de encimas de biodegradación, terpenoides sintases e proteínas diana farmacolóxicas de substancias tóxicas e nocivas no medio ambiente. Li Hao, o investigador asociado Yang Yu e o profesor Hu Yumei, membros do equipo, son os coautores principais do artigo, e Guo Ruiting e Dai Longhai son os autores correspondentes.
Data de publicación: 02-06-2022