Con una producción anual de más de 700.000 toneladas, el glifosato es el herbicida más utilizado y de mayor tamaño en el mundo.La resistencia de las malezas y las amenazas potenciales al medio ambiente ecológico y la salud humana causadas por el abuso de glifosato han atraído gran atención.
El 29 de mayo, el equipo del profesor Guo Ruiting del Laboratorio Estatal Clave de Biocatálisis e Ingeniería Enzimática, establecido conjuntamente por la Facultad de Ciencias de la Vida de la Universidad de Hubei y los departamentos provincial y ministerial, publicó el último artículo de investigación en el Journal of Hazardous Materials, analizando el primer análisis del pasto de corral.(Una mala hierba de arroz) derivada de la aldo-ceto reductasa AKR4C16 y AKR4C17 catalizan el mecanismo de reacción de degradación del glifosato y mejoran en gran medida la eficiencia de degradación del glifosato por AKR4C17 mediante modificación molecular.
Creciente resistencia al glifosato.
Desde su introducción en la década de 1970, el glifosato ha sido popular en todo el mundo y gradualmente se ha convertido en el herbicida de amplio espectro más barato, más utilizado y más productivo.Provoca trastornos metabólicos en las plantas, incluidas las malas hierbas, al inhibir específicamente la 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintasa (EPSPS), una enzima clave involucrada en el crecimiento y el metabolismo de las plantas.y muerte.
Por lo tanto, cultivar cultivos transgénicos resistentes al glifosato y utilizar glifosato en el campo es una forma importante de controlar las malezas en la agricultura moderna.
Sin embargo, con el uso y abuso generalizado del glifosato, docenas de malezas han evolucionado gradualmente y han desarrollado una alta tolerancia al glifosato.
Además, los cultivos genéticamente modificados resistentes al glifosato no pueden descomponerlo, lo que da como resultado la acumulación y transferencia de glifosato en los cultivos, lo que puede propagarse fácilmente a través de la cadena alimentaria y poner en peligro la salud humana.
Por lo tanto, es urgente descubrir genes que puedan degradar el glifosato, a fin de cultivar cultivos transgénicos altamente resistentes al glifosato con bajos residuos de glifosato.
Resolución de la estructura cristalina y el mecanismo de reacción catalítica de las enzimas que degradan el glifosato de origen vegetal.
En 2019, equipos de investigación chinos y australianos identificaron por primera vez dos aldo-ceto reductasas que degradan el glifosato, AKR4C16 y AKR4C17, a partir de pasto de corral resistente al glifosato.Pueden utilizar NADP+ como cofactor para degradar el glifosato a ácido aminometilfosfónico y ácido glioxílico no tóxicos.
AKR4C16 y AKR4C17 son las primeras enzimas degradantes de glifosato producidas por la evolución natural de las plantas.Para explorar más a fondo el mecanismo molecular de la degradación del glifosato, el equipo de Guo Ruiting utilizó cristalografía de rayos X para analizar la relación entre estas dos enzimas y el cofactor alto.La compleja estructura de la resolución reveló el modo de unión del complejo ternario de glifosato, NADP+ y AKR4C17, y propuso el mecanismo de reacción catalítica de la degradación del glifosato mediada por AKR4C16 y AKR4C17.
Estructura del complejo AKR4C17/NADP+/glifosato y mecanismo de reacción de degradación del glifosato.
La modificación molecular mejora la eficiencia de degradación del glifosato.
Después de obtener el fino modelo estructural tridimensional de AKR4C17/NADP+/glifosato, el equipo del profesor Guo Ruiting obtuvo además una proteína mutante AKR4C17F291D con un aumento del 70 % en la eficiencia de degradación del glifosato mediante análisis de la estructura enzimática y diseño racional.
Análisis de la actividad degradadora de glifosato de mutantes AKR4C17.
"Nuestro trabajo revela el mecanismo molecular de AKR4C16 y AKR4C17 que catalizan la degradación del glifosato, lo que sienta una base importante para la modificación adicional de AKR4C16 y AKR4C17 para mejorar su eficiencia de degradación del glifosato".El autor correspondiente del artículo, el profesor asociado Dai Longhai de la Universidad de Hubei, dijo que construyeron una proteína mutante AKR4C17F291D con una eficiencia de degradación de glifosato mejorada, que proporciona una herramienta importante para cultivar cultivos transgénicos altamente resistentes al glifosato con bajos residuos de glifosato y el uso de bacterias de ingeniería microbiana para degradar el glifosato en el medio ambiente.
Se informa que el equipo de Guo Ruiting ha estado involucrado durante mucho tiempo en la investigación sobre el análisis de la estructura y la discusión del mecanismo de las enzimas de biodegradación, terpenoides sintasas y proteínas objetivo de fármacos de sustancias tóxicas y nocivas en el medio ambiente.Li Hao, el investigador asociado Yang Yu y el profesor Hu Yumei del equipo son los coautores del artículo, y Guo Ruiting y Dai Longhai son los coautores correspondientes.
Hora de publicación: 02-jun-2022