Sa taunang produksiyon na mahigit 700,000 tonelada, ang glyphosate ang pinakamalawak na ginagamit at pinakamalaking herbicide sa mundo. Ang resistensya sa mga damo at mga potensyal na banta sa kapaligirang ekolohikal at kalusugan ng tao na dulot ng pag-abuso sa glyphosate ay nakaakit ng malaking atensyon.
Noong Mayo 29, inilathala ng pangkat ni Propesor Guo Ruiting mula sa State Key Laboratory of Biocatalysis and Enzyme Engineering, na magkasamang itinatag ng School of Life Sciences ng Hubei University at ng mga departamento ng probinsya at ministeryal, ang pinakabagong papel pananaliksik sa Journal of Hazardous Materials, na sinusuri ang unang pagsusuri ng damo sa barnyard. Ang AKR4C16 at AKR4C17 na nagmula sa (isang malignant na damong palayan) ay nagpapabilis sa mekanismo ng reaksyon ng pagkasira ng glyphosate, at lubos na nagpapabuti sa kahusayan ng pagkasira ng glyphosate ng AKR4C17 sa pamamagitan ng molekular na pagbabago.
Lumalaking resistensya sa glyphosate.
Simula nang ipakilala ito noong dekada 1970, ang glyphosate ay naging popular sa buong mundo, at unti-unting naging pinakamura, pinakamalawak na ginagamit, at pinakamaproduktibong broad-spectrum herbicide. Nagdudulot ito ng mga metabolic disorder sa mga halaman, kabilang ang mga damo, sa pamamagitan ng partikular na pagpigil sa 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS), isang mahalagang enzyme na sangkot sa paglaki at metabolismo ng halaman, at kamatayan.
Samakatuwid, ang pagpaparami ng mga transgenic na pananim na lumalaban sa glyphosate at paggamit ng glyphosate sa bukid ay isang mahalagang paraan upang makontrol ang mga damo sa modernong agrikultura.
Gayunpaman, dahil sa malawakang paggamit at pang-aabuso ng glyphosate, dose-dosenang mga damo ang unti-unting umunlad at nakabuo ng mataas na glyphosate tolerance.
Bukod pa rito, ang mga pananim na lumalaban sa glyphosate na binago ang mga henetikong pagbabago ay hindi kayang mabulok ang glyphosate, na nagreresulta sa akumulasyon at paglipat ng glyphosate sa mga pananim, na madaling kumalat sa food chain at magsapanganib sa kalusugan ng tao.
Samakatuwid, napakahalagang tuklasin ang mga gene na maaaring magpababa ng kalidad ng glyphosate, upang makapagtanim ng mga transgenic na pananim na mataas sa glyphosate-resistant at may mababang glyphosate residues.
Paglutas sa istrukturang kristal at mekanismo ng catalytic reaction ng mga enzyme na nagpapababa ng glyphosate na nagmula sa halaman
Noong 2019, natukoy ng mga pangkat ng pananaliksik na Tsino at Australyano ang dalawang glyphosate-degrading aldo-keto reductases, ang AKR4C16 at AKR4C17, sa unang pagkakataon mula sa glyphosate-resistant barnyard grass. Maaari nilang gamitin ang NADP+ bilang cofactor upang gawing hindi nakakalason na aminomethylphosphonic acid at glyoxylic acid ang glyphosate.
Ang AKR4C16 at AKR4C17 ang mga unang naiulat na glyphosate-degrading enzymes na ginawa ng natural na ebolusyon ng mga halaman. Upang higit pang masuri ang mekanismo ng molekular ng kanilang pagkasira ng glyphosate, ginamit ng pangkat ni Guo Ruiting ang X-ray crystallography upang suriin ang ugnayan sa pagitan ng dalawang enzyme na ito at mataas na cofactor. Ang kumplikadong istruktura ng resolusyon ay nagsiwalat ng binding mode ng ternary complex ng glyphosate, NADP+ at AKR4C17, at iminungkahi ang catalytic reaction mechanism ng AKR4C16 at AKR4C17-mediated glyphosate degradation.
Istruktura ng AKR4C17/NADP+/glyphosate complex at mekanismo ng reaksyon ng glyphosate degradation.
Pinapabuti ng pagbabagong molekular ang kahusayan ng degradasyon ng glyphosate.
Matapos makuha ang pinong three-dimensional structural model ng AKR4C17/NADP+/glyphosate, ang pangkat ni Propesor Guo Ruiting ay nakakuha pa ng isang mutant protein na AKR4C17F291D na may 70% na pagtaas sa kahusayan sa degradasyon ng glyphosate sa pamamagitan ng enzyme structure analysis at rational design.
Pagsusuri ng aktibidad na nagpapababa ng glyphosate ng mga mutant na AKR4C17.
“Isiniwalat ng aming trabaho ang mekanismong molekular ng AKR4C16 at AKR4C17 na siyang nagpapabilis sa pagkasira ng glyphosate, na naglalatag ng mahalagang pundasyon para sa karagdagang pagbabago ng AKR4C16 at AKR4C17 upang mapabuti ang kanilang kahusayan sa pagkasira ng glyphosate.” Sinabi ng kaukulang may-akda ng papel, si Associate Professor Dai Longhai ng Hubei University, na bumuo sila ng isang mutant protein na AKR4C17F291D na may pinahusay na kahusayan sa pagkasira ng glyphosate, na nagbibigay ng isang mahalagang kasangkapan para sa paglinang ng mga transgenic na pananim na may mataas na glyphosate-resistant na may mababang glyphosate residues at paggamit ng microbial engineering bacteria upang sirain ang glyphosate sa kapaligiran.
Naiulat na ang pangkat ni Guo Ruiting ay matagal nang nagsasaliksik sa pagsusuri ng istruktura at talakayan ng mekanismo ng mga biodegradation enzyme, terpenoid synthase, at mga drug target protein ng mga nakalalason at mapaminsalang sangkap sa kapaligiran. Sina Li Hao, associate researcher na si Yang Yu at lecturer na si Hu Yumei sa pangkat ang mga unang awtor ng papel, at sina Guo Ruiting at Dai Longhai ang mga kapwa awtor.
Oras ng pag-post: Hunyo-02-2022