Con una producción anual de más de 700 000 toneladas, el glifosato es el herbicida más utilizado y de mayor producción en el mundo. La resistencia de las malas hierbas y las posibles amenazas para el medio ambiente y la salud humana derivadas del uso indebido de glifosato han suscitado gran preocupación.
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 provinciales y ministeriales, publicó el artículo de investigación más reciente en la Revista de Materiales Peligrosos, donde se analiza por primera vez la aldo-ceto reductasa AKR4C16 y AKR4C17 derivadas de la hierba de corral (una maleza de arroz maligna) catalizan el mecanismo de reacción de la degradación del glifosato y mejoran considerablemente la eficiencia de degradación del glifosato mediante la modificación molecular de AKR4C17.
Creciente resistencia al glifosato.
Desde su introducción en la década de 1970, el glifosato se ha popularizado en todo el mundo y se ha convertido gradualmente 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.
Por lo tanto, el cultivo de plantas transgénicas resistentes al glifosato y el uso de glifosato en el campo es una forma importante de controlar las malas hierbas en la agricultura moderna.
Sin embargo, debido al uso generalizado y al abuso del glifosato, docenas de malezas han evolucionado gradualmente y han desarrollado una alta tolerancia a este herbicida.
Además, los cultivos genéticamente modificados resistentes al glifosato no pueden descomponerlo, lo que provoca su acumulación y transferencia en los cultivos, 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, con el fin de cultivar cultivos transgénicos altamente resistentes al glifosato y con bajos residuos de este compuesto.
Determinación de la estructura cristalina y el mecanismo de reacción catalítica de las enzimas derivadas de plantas que degradan el glifosato.
En 2019, equipos de investigación chinos y australianos identificaron por primera vez dos aldo-ceto reductasas degradadoras de glifosato, AKR4C16 y AKR4C17, en pastos de corral resistentes al glifosato. Estas enzimas pueden utilizar NADP+ como cofactor para degradar el glifosato a ácido aminometilfosfónico y ácido glioxílico, enzimas no tóxicas.
AKR4C16 y AKR4C17 son las primeras enzimas degradadoras de glifosato reportadas, producidas por la evolución natural de las plantas. Para explorar con mayor profundidad el mecanismo molecular de su degradación, el equipo de Guo Ruiting utilizó cristalografía de rayos X para analizar la relación entre estas dos enzimas y el cofactor. La estructura compleja resuelta reveló el modo de unión del complejo ternario de glifosato, NADP+ y AKR4C17, y propuso el mecanismo de reacción catalítica de la degradación de glifosato mediada por AKR4C16 y AKR4C17.
Estructura del complejo AKR4C17/NADP+/glifosato y mecanismo de reacción de la degradación del glifosato.
La modificación molecular mejora la eficacia de degradación del glifosato.
Tras obtener el modelo estructural tridimensional preciso 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 de degradación del glifosato de los 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 posterior de AKR4C16 y AKR4C17 con el fin de mejorar su eficiencia de degradación del glifosato”. El autor correspondiente del artículo, el profesor asociado Dai Longhai de la Universidad de Hubei, afirmó que construyeron una proteína mutante, AKR4C17F291D, con una eficiencia de degradación del glifosato mejorada, lo que proporciona una herramienta importante para el cultivo de 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.
Según se informa, el equipo de Guo Ruiting lleva tiempo investigando el análisis estructural y el mecanismo de acción de las enzimas de biodegradación, las sintasas de terpenoides y las proteínas diana de fármacos de sustancias tóxicas y nocivas presentes en el medio ambiente. Li Hao, el investigador asociado Yang Yu y la profesora Hu Yumei son los coautores principales del artículo, mientras que Guo Ruiting y Dai Longhai son los coautores correspondientes.
Hora de publicación: 02-jun-2022