Cunha produción anual de máis de 700.000 toneladas, o glifosato é o herbicida máis utilizado e máis grande do mundo.A resistencia das malas herbas e as posibles ameazas para o medio ambiente ecolóxico e a saúde humana causadas polo abuso do glifosato chamaron gran atención.
O 29 de maio, o equipo do profesor Guo Ruiting do Laboratorio Estatal de Biocatálise e Enxeñaría Enzimática, establecido conxuntamente pola Escola de Ciencias da Vida da Universidade de Hubei e os departamentos provinciais e ministeriais, publicou o último traballo de investigación no Journal of Hazardous Materials, analizando a primeira análise da herba de curral.AKR4C16 e AKR4C17 derivados da aldo-ceto reductase (Unha herba daniña maligna) catalizan o mecanismo de reacción da degradación do glifosato e melloran moito a eficiencia de degradación do glifosato por AKR4C17 mediante a modificación molecular.
Crecente resistencia ao glifosato.
Desde a súa introdución na década de 1970, o glifosato foi popular en todo o mundo e converteuse aos poucos no herbicida de amplo espectro máis barato, máis utilizado e máis produtivo.Provoca trastornos metabólicos nas plantas, incluídas as herbas daniñas, ao inhibir especificamente a 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintase (EPSPS), un encima clave implicado no crecemento e metabolismo das plantas.e morte.
Polo tanto, a reprodución de cultivos transxénicos resistentes ao glifosato e o uso de glifosato no campo é unha forma importante de controlar as malas herbas na agricultura moderna.
Non obstante, co uso e abuso xeneralizados do glifosato, decenas 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 estender facilmente pola cadea alimentaria e pór en perigo a saúde humana.
Por iso, é urxente descubrir xenes que poidan degradar o glifosato, para cultivar cultivos transxénicos de alta resistencia ao glifosato e con baixos residuos de glifosato.
Resolver a estrutura cristalina e o mecanismo de reacción catalítica dos encimas que degradan o glifosato de orixe vexetal
En 2019, os equipos de investigación chineses e australianos identificaron por primeira vez dúas aldo-ceto-reductases que degradan o glifosato, AKR4C16 e AKR4C17, a partir de herbas de curral resistentes 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 aínda máis o mecanismo molecular da súa degradación do glifosato, o equipo de Guo Ruiting utilizou a cristalografía de raios X para analizar a relación entre estes dous encimas e o cofactor alto.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 de degradación do glifosato.
Despois de obter o modelo estrutural tridimensional fino 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 enzimática e un deseño racional.
Análise da actividade degradante do glifosato dos mutantes AKR4C17.
"O noso traballo revela o mecanismo molecular de AKR4C16 e AKR4C17 que cataliza a degradación do glifosato, o que senta unha base importante para a modificación posterior de AKR4C16 e AKR4C17 para mellorar a súa eficiencia de degradación do glifosato".O autor correspondente do artigo, o profesor asociado Dai Longhai da Universidade de Hubei, dixo que construíron unha proteína mutante AKR4C17F291D cunha eficiencia de degradación do glifosato mellorada, que proporciona unha ferramenta importante para cultivar cultivos transxénicos de alta resistencia ao glifosato con baixos residuos de glifosato e utilizar bacterias de enxeñería microbiana para degradar o glifosato no medio ambiente.
Infórmase de que o equipo de Guo Ruiting leva moito tempo implicado na investigación sobre a análise da estrutura e a discusión do mecanismo de encimas de biodegradación, terpenoides sintases e proteínas diana de drogas de substancias tóxicas e nocivas no medio ambiente.Li Hao, o investigador asociado Yang Yu e o profesor Hu Yumei do equipo son os co-primeiros autores do traballo, e Guo Ruiting e Dai Longhai son os co-autores correspondentes.
Hora de publicación: 02-06-2022