Glifosāts, kura gada produkcija pārsniedz 700 000 tonnu, ir visplašāk izmantotais un lielākais herbicīds pasaulē. Nezāļu izturība un iespējamie draudi ekoloģiskajai videi un cilvēku veselībai, ko rada glifosāta ļaunprātīga lietošana, ir piesaistījuši lielu uzmanību.
29. maijā profesora Guo Žuitinga komanda no Valsts galvenās biokatalīzes un enzīmu inženierijas laboratorijas, ko kopīgi izveidoja Hubei universitātes Dzīvības zinātņu skola un provinces un ministrijas departamenti, publicēja jaunāko pētījumu žurnālā "Bīstamo materiālu žurnāls", kurā analizēta pirmā rīsu zāles analīze. No (ļaundabīgas rīsu nezāles) iegūtās aldo-keto reduktāzes AKR4C16 un AKR4C17 katalizē glifosāta noārdīšanās reakcijas mehānismu un ievērojami uzlabo glifosāta noārdīšanās efektivitāti ar AKR4C17, izmantojot molekulāras modifikācijas.
Pieaugošā glifosāta rezistence.
Kopš tā ieviešanas 20. gs. septiņdesmitajos gados glifosāts ir bijis populārs visā pasaulē un pakāpeniski ir kļuvis par lētāko, visplašāk izmantoto un produktīvāko plaša spektra herbicīdu. Tas izraisa vielmaiņas traucējumus augos, tostarp nezālēs, specifiski inhibējot 5-enolpiruvilšikimāta-3-fosfāta sintāzi (EPSPS), galveno enzīmu, kas iesaistīts augu augšanā un metabolismā, kā arī izraisa to nāvi.
Tāpēc glifosātam rezistentu transgēnu kultūru selekcija un glifosāta izmantošana laukā ir svarīgs veids, kā kontrolēt nezāles mūsdienu lauksaimniecībā.
Tomēr, plaši izplatoties glifosāta lietošanai un ļaunprātīgai izmantošanai, desmitiem nezāļu ir pakāpeniski attīstījušās un attīstījušas augstu glifosāta toleranci.
Turklāt pret glifosātu rezistentas ģenētiski modificētas kultūras nespēj sadalīt glifosātu, kā rezultātā glifosāts uzkrājas un pārvietojas kultūraugos, kas var viegli izplatīties barības ķēdē un apdraudēt cilvēku veselību.
Tāpēc ir steidzami jāatklāj gēni, kas var noārdīt glifosātu, lai kultivētu augstas glifosāta izturības transgēnas kultūras ar zemu glifosāta atlieku līmeni.
Augu izcelsmes glifosātu noārdošo enzīmu kristāliskās struktūras un katalītiskās reakcijas mehānisma noteikšana
2019. gadā Ķīnas un Austrālijas pētnieku komandas pirmo reizi no glifosātam rezistentas kūts zāles identificēja divas glifosātu noārdošas aldo-keto reduktāzes, AKR4C16 un AKR4C17. Viņi var izmantot NADP+ kā kofaktoru, lai noārdītu glifosātu līdz netoksiskai aminometilfosfonskābei un glioksālskābei.
AKR4C16 un AKR4C17 ir pirmie ziņotie glifosātu noārdošie enzīmi, kas radušies augu dabiskās evolūcijas ceļā. Lai sīkāk izpētītu to glifosāta noārdīšanās molekulāro mehānismu, Guo Ruitinga komanda izmantoja rentgena kristalogrāfiju, lai analizētu saistību starp šiem diviem enzīmiem un kofaktoru augstu. Izšķiršanas sarežģītā struktūra atklāja glifosāta, NADP+ un AKR4C17, trīskāršā kompleksa saistīšanās veidu un ierosināja AKR4C16 un AKR4C17 mediētās glifosāta noārdīšanās katalītiskās reakcijas mehānismu.
AKR4C17/NADP+/glifosāta kompleksa struktūra un glifosāta noārdīšanās reakcijas mehānisms.
Molekulārā modifikācija uzlabo glifosāta noārdīšanās efektivitāti.
Pēc AKR4C17/NADP+/glifosāta precīza trīsdimensiju struktūras modeļa iegūšanas profesora Guo Ruitinga komanda, izmantojot enzīmu struktūras analīzi un racionālu dizainu, ieguva mutantu proteīnu AKR4C17F291D ar 70% glifosāta noārdīšanās efektivitātes pieaugumu.
AKR4C17 mutantu glifosātu noārdošās aktivitātes analīze.
“Mūsu darbs atklāj AKR4C16 un AKR4C17 molekulāro mehānismu, kas katalizē glifosāta noārdīšanos, kas liek svarīgu pamatu AKR4C16 un AKR4C17 tālākai modifikācijai, lai uzlabotu to glifosāta noārdīšanās efektivitāti.” Raksta atbildīgais autors, Hubei universitātes asociētais profesors Dai Longhai teica, ka viņi ir konstruējuši mutantu proteīnu AKR4C17F291D ar uzlabotu glifosāta noārdīšanās efektivitāti, kas nodrošina svarīgu instrumentu tādu transgēnu kultūru audzēšanai, kurām ir augsta glifosāta rezistence ar zemu glifosāta atlieku daudzumu, un mikrobiālo inženierijas baktēriju izmantošanai glifosāta noārdīšanai vidē.
Tiek ziņots, ka Guo Ruitinga komanda jau ilgstoši ir iesaistījusies pētījumos par toksisku un kaitīgu vielu biodegradācijas enzīmu, terpenoīdu sintāžu un zāļu mērķa proteīnu struktūras analīzi un mehānismu apspriešanu vidē. Komandas darbinieki Li Hao, asociētais pētnieks Jangs Ju un lektors Hu Jumei ir raksta līdzautori, bet Guo Ruitings un Dai Longhai ir līdzautori.
Publicēšanas laiks: 2022. gada 2. jūnijs