Með árlegri framleiðslu upp á yfir 700.000 tonn er glýfosat mest notaða og stærsta illgresiseyði í heimi. Ónæmi gegn illgresi og hugsanlegar ógnir við vistfræðilegt umhverfi og heilsu manna af völdum misnotkunar á glýfosati hafa vakið mikla athygli.
Þann 29. maí birti teymi prófessors Guo Ruiting frá Lyklarannsóknarstofu ríkisins um lífhvötun og ensímverkfræði, sem Lífvísindadeild Hubei-háskóla og héraðs- og ráðuneytisstofnanir stofnuðu sameiginlega, nýjustu rannsóknargrein sína í Journal of Hazardous Materials, þar sem greint var fyrstu greininguna á hlöðugrasi. Aldó-ketó redúktasi AKR4C16 og AKR4C17, sem eru unnir úr hrísgrjónum (illkynja hrísgrjónum), hvata viðbragðsferli niðurbrots glýfosats og bæta verulega niðurbrotsgetu glýfosats af völdum AKR4C17 með sameindabreytingum.
Vaxandi ónæmi gegn glýfosati.
Frá því að glýfosat var kynnt til sögunnar á áttunda áratugnum hefur það notið mikilla vinsælda um allan heim og smám saman orðið ódýrasta, mest notaða og afkastamesta breiðvirka illgresiseyðirinn. Það veldur efnaskiptatruflunum í plöntum, þar á meðal illgresi, með því að hamla sérstaklega 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthasa (EPSPS), lykilensími sem tekur þátt í vexti og efnaskiptum plantna og dauða þess.
Þess vegna er ræktun á glýfosat-ónæmum erfðabreyttum plöntum og notkun glýfosats á ökrum mikilvæg leið til að stjórna illgresi í nútíma landbúnaði.
Hins vegar, með útbreiddri notkun og misnotkun glýfosats, hafa tugir illgresiseyðingar smám saman þróast og þróað með sér mikið glýfosatþol.
Að auki geta erfðabreyttar plöntur sem eru ónæmar fyrir glýfosat ekki brotið niður glýfosat, sem leiðir til uppsöfnunar og flutnings glýfosats í ræktun, sem getur auðveldlega breiðst út í fæðukeðjunni og stofnað heilsu manna í hættu.
Þess vegna er brýnt að uppgötva gen sem geta brotið niður glýfosat, til að rækta erfðabreyttar plöntur með mikilli glýfosatónæmi og litlu magni af glýfosatleifum.
Að leysa kristalbyggingu og hvataviðbragðsferli ensíma sem brjóta niður glýfosat úr plöntum
Árið 2019 greindu kínversk og áströlsk rannsóknarteymi tvö glýfosat-niðurbrjótandi aldó-ketó redúktasa, AKR4C16 og AKR4C17, í fyrsta skipti úr glýfosat-ónæmu hlöðugrasi. Þeir geta notað NADP+ sem meðvirkni til að brjóta niður glýfosat í óeitraða amínómetýlfosfónsýru og glýoxýlsýru.
AKR4C16 og AKR4C17 eru fyrstu greindu ensímin sem brjóta niður glýfosat og myndast við náttúrulega þróun plantna. Til að kanna frekar sameindaferli niðurbrots glýfosats notaði teymi Guo Ruiting röntgenkristallagreiningu til að greina tengslin milli þessara tveggja ensíma og meðvirkniþáttarins high. Flókin uppbygging aðgreiningarinnar leiddi í ljós bindingaraðferð þríhyrningsfléttunnar af glýfosati, NADP+ og AKR4C17, og lagði til hvataviðbragðsferli AKR4C16 og AKR4C17-miðlaðs niðurbrots glýfosats.
Uppbygging AKR4C17/NADP+/glýfosat fléttunnar og hvarfferli niðurbrots glýfosats.
Sameindabreyting bætir niðurbrotsgetu glýfosats.
Eftir að hafa fengið fína þrívíddarbyggingarlíkan af AKR4C17/NADP+/glýfosati, aflaði teymi prófessors Guo Ruiting einnig stökkbreytta próteinið AKR4C17F291D með 70% aukningu á niðurbrotsgetu glýfosats með ensímbyggingargreiningu og skynsamlegri hönnun.
Greining á glýfosat-niðurbrotsvirkni AKR4C17 stökkbreytinga.
„Verkefni okkar leiðir í ljós sameindavirkni AKR4C16 og AKR4C17 sem hvata niðurbrot glýfosats, sem leggur mikilvægan grunn að frekari breytingum á AKR4C16 og AKR4C17 til að bæta niðurbrotsgetu þeirra á glýfosats.“ Samsvarandi höfundur greinarinnar, dósent Dai Longhai við Hubei-háskóla, sagði að þeir hefðu smíðað stökkbreytta próteinið AKR4C17F291D með bættri niðurbrotsgetu glýfosats, sem veitir mikilvægt tæki til að rækta erfðabreyttar plöntur með mikilli glýfosatónæmi og litlu magni glýfosatleifa og nota örverufræðilegar bakteríur til að brjóta niður glýfosat í umhverfinu.
Greint er frá því að teymi Guo Ruiting hafi lengi unnið að rannsóknum á uppbyggingu greiningar og umræðu um verkunarmáta lífrænna niðurbrotsensíma, terpenóíð syntasa og lyfjamarkpróteina eitraðra og skaðlegra efna í umhverfinu. Li Hao, aðstoðarrannsakandinn Yang Yu og fyrirlesarinn Hu Yumei í teyminu eru meðhöfundar greinarinnar, og Guo Ruiting og Dai Longhai eru samhöfundar.
Birtingartími: 2. júní 2022