Với sản lượng hàng năm trên 700.000 tấn, glyphosate là loại thuốc diệt cỏ được sử dụng rộng rãi nhất và lớn nhất trên thế giới.Khả năng kháng cỏ dại và các mối đe dọa tiềm tàng đối với môi trường sinh thái và sức khỏe con người do lạm dụng glyphosate đã thu hút sự chú ý lớn.
Vào ngày 29 tháng 5, nhóm của Giáo sư Guo Ruiting từ Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về xúc tác sinh học và kỹ thuật enzyme, do Trường Khoa học đời sống thuộc Đại học Hồ Bắc và các sở cấp tỉnh và bộ thành lập, đã xuất bản bài nghiên cứu mới nhất trên Tạp chí Vật liệu nguy hiểm, phân tích phân tích đầu tiên về cỏ Barnyard.(Một loại cỏ dại ác tính) có nguồn gốc từ aldo-keto reductase AKR4C16 và AKR4C17 xúc tác cơ chế phản ứng phân hủy glyphosate và cải thiện đáng kể hiệu quả phân hủy glyphosate bằng AKR4C17 thông qua biến đổi phân tử.
Tăng khả năng kháng glyphosate.
Kể từ khi được giới thiệu vào những năm 1970, glyphosate đã trở nên phổ biến trên toàn thế giới và dần trở thành loại thuốc diệt cỏ phổ rộng rẻ nhất, được sử dụng rộng rãi nhất và hiệu quả nhất.Nó gây rối loạn trao đổi chất ở thực vật, bao gồm cả cỏ dại, bằng cách ức chế đặc biệt 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS), một enzyme chủ chốt liên quan đến sự phát triển và trao đổi chất của thực vật.và cái chết.
Vì vậy, nhân giống cây trồng chuyển gen kháng glyphosate và sử dụng glyphosate trên đồng ruộng là một biện pháp quan trọng để kiểm soát cỏ dại trong nền nông nghiệp hiện đại.
Tuy nhiên, với việc sử dụng rộng rãi và lạm dụng glyphosate, hàng chục loại cỏ dại đã dần dần tiến hóa và phát triển khả năng kháng glyphosate cao.
Ngoài ra, cây trồng biến đổi gen kháng glyphosate không thể phân hủy glyphosate, dẫn đến sự tích tụ và vận chuyển glyphosate trong cây trồng, dễ dàng lây lan qua chuỗi thức ăn và gây nguy hiểm cho sức khỏe con người.
Vì vậy, việc phát hiện ra các gen có thể phân hủy glyphosate là rất cấp thiết để trồng các loại cây chuyển gen có khả năng kháng glyphosate cao với dư lượng glyphosate thấp.
Giải quyết cấu trúc tinh thể và cơ chế phản ứng xúc tác của enzyme phân hủy glyphosate có nguồn gốc từ thực vật
Năm 2019, các nhóm nghiên cứu của Trung Quốc và Úc lần đầu tiên đã xác định được hai loại enzyme khử aldo-keto phân hủy glyphosate là AKR4C16 và AKR4C17 từ cỏ sân vườn kháng glyphosate.Họ có thể sử dụng NADP+ làm đồng yếu tố để phân hủy glyphosate thành axit aminomethylphosphonic và axit glyoxylic không độc hại.
AKR4C16 và AKR4C17 là các enzyme phân hủy glyphosate đầu tiên được báo cáo được tạo ra bởi quá trình tiến hóa tự nhiên của thực vật.Để khám phá sâu hơn cơ chế phân tử của quá trình phân hủy glyphosate, nhóm của Guo Ruiting đã sử dụng phương pháp tinh thể học tia X để phân tích mối quan hệ giữa hai enzyme này và cofactor cao.Cấu trúc phức tạp của độ phân giải cho thấy chế độ liên kết của phức hợp bậc ba của glyphosate, NADP+ và AKR4C17, đồng thời đề xuất cơ chế phản ứng xúc tác phân hủy glyphosate qua trung gian AKR4C16 và AKR4C17.
Cấu trúc phức hợp AKR4C17/NADP+/glyphosate và cơ chế phản ứng phân hủy glyphosate.
Biến đổi phân tử cải thiện hiệu quả phân hủy của glyphosate.
Sau khi có được mô hình cấu trúc ba chiều tinh tế của AKR4C17/NADP+/glyphosate, nhóm của Giáo sư Guo Ruiting tiếp tục thu được protein đột biến AKR4C17F291D với hiệu suất phân hủy glyphosate tăng 70% thông qua phân tích cấu trúc enzyme và thiết kế hợp lý.
Phân tích hoạt tính phân hủy glyphosate của các thể đột biến AKR4C17.
“Nghiên cứu của chúng tôi tiết lộ cơ chế phân tử của AKR4C16 và AKR4C17 xúc tác quá trình phân hủy glyphosate, đặt nền tảng quan trọng cho việc sửa đổi thêm AKR4C16 và AKR4C17 nhằm cải thiện hiệu quả phân hủy glyphosate của chúng.”Tác giả tương ứng của bài báo, Phó giáo sư Dai Longhai của Đại học Hồ Bắc cho biết họ đã tạo ra một loại protein đột biến AKR4C17F291D với hiệu suất phân hủy glyphosate được cải thiện, cung cấp một công cụ quan trọng để trồng cây chuyển gen có khả năng kháng glyphosate cao với dư lượng glyphosate thấp và sử dụng vi khuẩn kỹ thuật vi sinh để phân hủy glyphosate trong môi trường.
Được biết, nhóm của Guo Ruiting từ lâu đã tham gia nghiên cứu phân tích cấu trúc và thảo luận về cơ chế của các enzyme phân hủy sinh học, tổng hợp terpenoid và protein mục tiêu thuốc của các chất độc hại và có hại trong môi trường.Li Hao, cộng tác viên nghiên cứu Yang Yu và giảng viên Hu Yumei trong nhóm là đồng tác giả đầu tiên của bài báo, Guo Ruiting và Dai Longhai là đồng tác giả.
Thời gian đăng: Jun-02-2022