Met 'n jaarlikse produksie van meer as 700 000 ton, is glifosaat die mees gebruikte en grootste onkruiddoder ter wêreld. Onkruidweerstand en potensiële bedreigings vir die ekologiese omgewing en menslike gesondheid wat veroorsaak word deur die misbruik van glifosaat, het groot aandag getrek.
Op 29 Mei het professor Guo Ruiting se span van die Staatssleutellaboratorium vir Biokatalise en Ensiemingenieurswese, gesamentlik gestig deur die Skool vir Lewenswetenskappe van die Hubei Universiteit en die provinsiale en ministeriële departemente, die nuutste navorsingsartikel in die Journal of Hazardous Materials gepubliseer, wat die eerste analise van plaasgras ontleed. (’n Kwaadaardige padie-onkruid)-afgeleide aldo-keto-reduktase AKR4C16 en AKR4C17 kataliseer die reaksiemeganisme van glifosaat-afbraak en verbeter die afbraakdoeltreffendheid van glifosaat deur AKR4C17 aansienlik deur molekulêre modifikasie.
Groeiende glifosaatweerstand.
Sedert die bekendstelling daarvan in die 1970's is glifosaat wêreldwyd gewild en het dit geleidelik die goedkoopste, mees gebruikte en mees produktiewe breëspektrum-onkruiddoder geword. Dit veroorsaak metaboliese afwykings in plante, insluitend onkruid, deur spesifiek 5-enolpiruvylshikimate-3-fosfaat sintase (EPSPS), 'n sleutelensiem wat betrokke is by plantgroei en -metabolisme, en die dood daarvan te inhibeer.
Daarom is die teel van glifosaatbestande transgeniese gewasse en die gebruik van glifosaat in die veld 'n belangrike manier om onkruid in moderne landbou te beheer.
Met die wydverspreide gebruik en misbruik van glifosaat het dosyne onkruide egter geleidelik ontwikkel en hoë glifosaattoleransie ontwikkel.
Daarbenewens kan glifosaatbestande geneties gemodifiseerde gewasse nie glifosaat ontbind nie, wat lei tot die ophoping en oordrag van glifosaat in gewasse, wat maklik deur die voedselketting kan versprei en menslike gesondheid in gevaar kan stel.
Daarom is dit dringend om gene te ontdek wat glifosaat kan afbreek, om sodoende transgeniese gewasse met hoë glifosaatweerstand en lae glifosaatresidue te kweek.
Oplossing van die kristalstruktuur en katalitiese reaksiemeganisme van plant-afgeleide glifosaat-afbrekende ensieme
In 2019 het Chinese en Australiese navorsingspanne vir die eerste keer twee glifosaat-afbrekende aldo-keto-reduktases, AKR4C16 en AKR4C17, uit glifosaat-bestande plaasgras geïdentifiseer. Hulle kan NADP+ as 'n kofaktor gebruik om glifosaat af te breek tot nie-giftige aminometielfosfonsuur en glikoksielsuur.
AKR4C16 en AKR4C17 is die eerste gerapporteerde glifosaat-afbrekende ensieme wat deur die natuurlike evolusie van plante geproduseer is. Om die molekulêre meganisme van hul afbraak van glifosaat verder te ondersoek, het Guo Ruiting se span X-straalkristallografie gebruik om die verband tussen hierdie twee ensieme en kofaktor-hoë te analiseer. Die komplekse struktuur van die resolusie het die bindingsmodus van die ternêre kompleks van glifosaat, NADP+ en AKR4C17, onthul en die katalitiese reaksiemeganisme van AKR4C16- en AKR4C17-gemedieerde glifosaat-afbraak voorgestel.
Struktuur van AKR4C17/NADP+/glifosaatkompleks en reaksiemeganisme van glifosaatafbraak.
Molekulêre modifikasie verbeter die afbraakdoeltreffendheid van glifosaat.
Nadat die fyn driedimensionele strukturele model van AKR4C17/NADP+/glifosaat verkry is, het professor Guo Ruiting se span verder 'n mutante proteïen AKR4C17F291D verkry met 'n 70% toename in die afbraakdoeltreffendheid van glifosaat deur ensiemstruktuuranalise en rasionele ontwerp.
Analise van glifosaat-afbrekende aktiwiteit van AKR4C17-mutante.
“Ons werk onthul die molekulêre meganisme van AKR4C16 en AKR4C17 wat die afbraak van glifosaat kataliseer, wat 'n belangrike grondslag lê vir die verdere modifikasie van AKR4C16 en AKR4C17 om hul afbraakdoeltreffendheid van glifosaat te verbeter.” Die ooreenstemmende outeur van die artikel, medeprofessor Dai Longhai van Hubei Universiteit, het gesê dat hulle 'n mutante proteïen AKR4C17F291D met verbeterde glifosaatafbraakdoeltreffendheid gekonstrueer het, wat 'n belangrike instrument bied vir die kweek van hoogs glifosaatbestande transgeniese gewasse met lae glifosaatresidue en die gebruik van mikrobiese ingenieursbakterieë om glifosaat in die omgewing af te breek.
Daar word berig dat Guo Ruiting se span lank reeds betrokke is by navorsing oor die struktuuranalise en meganismebespreking van biodegradasie-ensieme, terpenoïedsintases en geneesmiddelteikenproteïene van giftige en skadelike stowwe in die omgewing. Li Hao, mede-navorser Yang Yu en dosent Hu Yumei in die span is die mede-eerste outeurs van die artikel, en Guo Ruiting en Dai Longhai is die mede-ooreenstemmende outeurs.
Plasingstyd: 02 Junie 2022