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 posibles amenazas para el medio ambiente y la salud humana causadas por el abuso del glifosato han suscitado 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 provinciales y ministeriales, publicó su último artículo de investigación en la Revista de Materiales Peligrosos, donde se analiza por primera vez el pasto de corral (una maleza maligna del arroz). Las aldoceto reductasas AKR4C16 y AKR4C17, derivadas de la hierba de corral (una maleza maligna del arroz), 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 ha gozado de popularidad en todo el mundo y se ha convertido gradualmente en el herbicida de amplio espectro más económico, más utilizado y más productivo. Provoca trastornos metabólicos en las plantas, incluidas las malezas, al inhibir específicamente la 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintasa (EPSPS), una enzima clave que participa en el crecimiento, el metabolismo y la muerte de las plantas.
Por lo tanto, el desarrollo de cultivos transgénicos resistentes al glifosato y el uso de glifosato en el campo es una forma importante de controlar las malezas en la agricultura moderna.
Sin embargo, con el uso generalizado y el abuso del glifosato, docenas de malezas han evolucionado gradualmente y desarrollado una alta tolerancia al glifosato.
Además, los cultivos modificados genéticamente resistentes al glifosato no pueden descomponerlo, lo que da lugar a la acumulación y transferencia de glifosato 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, para poder cultivar cultivos transgénicos altamente resistentes al glifosato y con bajos residuos de glifosato.
Resolución de la estructura cristalina y el mecanismo de reacción catalítica de enzimas degradantes de glifosato de origen vegetal.
En 2019, equipos de investigación chinos y australianos identificaron por primera vez dos aldoceto reductasas que degradan el glifosato, AKR4C16 y AKR4C17, en pasto de corral resistente al glifosato. Estas aldoceto reductasas pueden utilizar NADP+ como cofactor para degradar el glifosato a ácido aminometilfosfónico y ácido glioxílico, ambos no tóxicos.
AKR4C16 y AKR4C17 son las primeras enzimas que degradan el glifosato, producidas por la evolución natural de las plantas. Para profundizar en el estudio del 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 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 modelo estructural tridimensional fino 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 a través del análisis de la estructura enzimática y el diseño racional.
Análisis de la actividad degradadora de glifosato de mutantes AKR4C17.
“Nuestro trabajo revela el mecanismo molecular de AKR4C16 y AKR4C17 que cataliza la degradación del glifosato, lo que establece una base importante para la modificación posterior 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 usar bacterias de ingeniería microbiana para degradar el glifosato en el medio ambiente.
Se informa que el equipo de Guo Ruiting lleva mucho tiempo investigando el análisis estructural y el análisis de los mecanismos de las enzimas de biodegradación, las terpenoides sintasas y las proteínas diana farmacológicas de sustancias tóxicas y nocivas en el medio ambiente. Li Hao, el investigador asociado Yang Yu y el profesor 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