Met een jaarlijkse productie van ruim 700.000 ton is glyfosaat het meest gebruikte en grootste herbicide ter wereld.Onkruidresistentie en potentiële bedreigingen voor het ecologische milieu en de menselijke gezondheid, veroorzaakt door het misbruik van glyfosaat, hebben veel aandacht getrokken.
Op 29 mei publiceerde het team van professor Guo Ruiting van het State Key Laboratory of Biocatalysis and Enzyme Engineering, gezamenlijk opgericht door de School of Life Sciences van de Hubei Universiteit en de provinciale en ministeriële afdelingen, het nieuwste onderzoekspaper in de Journal of Hazardous Materials, waarin de eerste analyse van boerenerfgras.(Een kwaadaardige paddy weed)-afgeleide aldo-keto reductase AKR4C16 en AKR4C17 katalyseren het reactiemechanisme van de afbraak van glyfosaat en verbeteren de afbraakefficiëntie van glyfosaat door AKR4C17 aanzienlijk door middel van moleculaire modificatie.
Toenemende glyfosaatresistentie.
Sinds de introductie ervan in de jaren zeventig is glyfosaat over de hele wereld populair geweest en is het geleidelijk het goedkoopste, meest gebruikte en meest productieve breedspectrumherbicide geworden.Het veroorzaakt stofwisselingsstoornissen bij planten, waaronder onkruid, door specifiek 5-enolpyruvylshikimaat-3-fosfaatsynthase (EPSPS) te remmen, een sleutelenzym dat betrokken is bij de groei en het metabolisme van planten.en dood.
Daarom is het veredelen van glyfosaat-resistente transgene gewassen en het gebruik van glyfosaat in het veld een belangrijke manier om onkruid in de moderne landbouw te bestrijden.
Door het wijdverbreide gebruik en misbruik van glyfosaat zijn er echter geleidelijk tientallen onkruidsoorten ontstaan die een hoge glyfosaattolerantie hebben ontwikkeld.
Bovendien kunnen glyfosaat-resistente genetisch gemodificeerde gewassen glyfosaat niet afbreken, wat resulteert in de accumulatie en overdracht van glyfosaat in gewassen, wat zich gemakkelijk door de voedselketen kan verspreiden en de menselijke gezondheid in gevaar kan brengen.
Daarom is het dringend nodig om genen te ontdekken die glyfosaat kunnen afbreken, zodat transgene gewassen met een hoge glyfosaatresistentie en lage glyfosaatresiduen kunnen worden geteeld.
Het oplossen van de kristalstructuur en het katalytische reactiemechanisme van plantaardige glyfosaatafbrekende enzymen
In 2019 identificeerden Chinese en Australische onderzoeksteams voor het eerst twee glyfosaat-afbrekende aldo-keto-reductasen, AKR4C16 en AKR4C17, uit glyfosaat-resistent boerengras.Ze kunnen NADP+ gebruiken als cofactor om glyfosaat af te breken tot niet-toxisch aminomethylfosfonzuur en glyoxylzuur.
AKR4C16 en AKR4C17 zijn de eerste gerapporteerde glyfosaatafbrekende enzymen die worden geproduceerd door de natuurlijke evolutie van planten.Om het moleculaire mechanisme van hun afbraak van glyfosaat verder te onderzoeken, gebruikte het team van Guo Ruiting röntgenkristallografie om de relatie tussen deze twee enzymen en de hoge cofactor te analyseren.De complexe structuur van de resolutie onthulde de bindingsmodus van het ternaire complex van glyfosaat, NADP+ en AKR4C17, en stelde het katalytische reactiemechanisme voor van door AKR4C16 en AKR4C17 gemedieerde afbraak van glyfosaat.
Structuur van het AKR4C17/NADP+/glyfosaatcomplex en reactiemechanisme van de afbraak van glyfosaat.
Moleculaire modificatie verbetert de afbraakefficiëntie van glyfosaat.
Na het verkrijgen van het fijne driedimensionale structurele model van AKR4C17/NADP+/glyfosaat, verkreeg het team van professor Guo Ruiting verder een mutant eiwit AKR4C17F291D met een toename van 70% in de afbraakefficiëntie van glyfosaat door analyse van de enzymstructuur en rationeel ontwerp.
Analyse van glyfosaatafbrekende activiteit van AKR4C17-mutanten.
“Ons werk onthult het moleculaire mechanisme van AKR4C16 en AKR4C17 dat de afbraak van glyfosaat katalyseert, wat een belangrijke basis legt voor de verdere modificatie van AKR4C16 en AKR4C17 om hun afbraakefficiëntie van glyfosaat te verbeteren.”De corresponderende auteur van het artikel, universitair hoofddocent Dai Longhai van de Hubei Universiteit, zei dat ze een mutant eiwit AKR4C17F291D hebben geconstrueerd met verbeterde efficiëntie van de afbraak van glyfosaat, wat een belangrijk hulpmiddel biedt voor het kweken van hoog glyfosaat-resistente transgene gewassen met weinig glyfosaatresiduen en het gebruik van microbiële engineeringbacteriën om glyfosaat in het milieu afbreken.
Naar verluidt is het team van Guo Ruiting al lang bezig met onderzoek naar de structuuranalyse en mechanismebespreking van biologische afbraakenzymen, terpenoïdesynthasen en doeleiwitten van giftige en schadelijke stoffen in het milieu.Li Hao, universitair hoofddocent Yang Yu en docent Hu Yumei in het team zijn de co-eerste auteurs van het artikel, en Guo Ruiting en Dai Longhai zijn de co-corresponderende auteurs.
Posttijd: 02-jun-2022