Glüfosaat, mille aastane toodang on üle 700 000 tonni, on maailmas enimkasutatav ja suurim herbitsiid. Glüfosaadi kuritarvitamisest tingitud umbrohukindlus ja võimalikud ohud ökoloogilisele keskkonnale ja inimeste tervisele on pälvinud suurt tähelepanu.
29. mail avaldas professor Guo Ruitingi meeskond Hubei ülikooli eluteaduste kooli ning provintsi ja ministeeriumi osakondade poolt ühiselt loodud biokatalüüsi ja ensüümitehnika riiklikust võtmelaborist ajakirjas Journal of Hazardous Materials uusima uurimistöö, milles analüüsitakse esimest laudarohu analüüsi. (Pahaloomuline riisiumbrohi) päritolu aldo-keto reduktaas AKR4C16 ja AKR4C17 katalüüsivad glüfosaadi lagunemise reaktsioonimehhanismi ning parandavad molekulaarse modifitseerimise kaudu oluliselt glüfosaadi lagunemise efektiivsust AKR4C17 abil.
Kasvav glüfosaadiresistentsus.
Alates selle kasutuselevõtust 1970. aastatel on glüfosaat olnud populaarne kogu maailmas ning on järk-järgult saanud odavaimaks, enimkasutatavaks ja produktiivseimaks laia toimespektriga herbitsiidiks. See põhjustab taimedes, sealhulgas umbrohtudes, ainevahetushäireid, pärssides spetsiifiliselt 5-enoolpüruvüülšikimaat-3-fosfaat süntaasi (EPSPS), mis on taimede kasvu ja ainevahetusega seotud võtmeensüüm, ning surma.
Seetõttu on glüfosaadiresistentsete transgeensete põllukultuuride aretamine ja glüfosaadi kasutamine põllul oluline viis umbrohu tõrjeks tänapäeva põllumajanduses.
Glüfosaadi laialdase kasutamise ja kuritarvitamise tõttu on aga kümned umbrohud järk-järgult arenenud ja omandanud kõrge glüfosaaditaluvuse.
Lisaks ei suuda glüfosaadiresistentsed geneetiliselt muundatud põllukultuurid glüfosaati lagundada, mille tulemuseks on glüfosaadi kogunemine ja ülekandumine põllukultuuridesse, mis võib kergesti levida toiduahelas ja ohustada inimeste tervist.
Seetõttu on hädavajalik avastada geene, mis suudavad glüfosaati lagundada, et kasvatada glüfosaadi suhtes resistentseid transgeenseid põllukultuure, milles on vähe glüfosaadi jääke.
Taimse päritoluga glüfosaati lagundavate ensüümide kristallstruktuuri ja katalüütilise reaktsioonimehhanismi lahendamine
2019. aastal tuvastasid Hiina ja Austraalia uurimisrühmad esmakordselt glüfosaadiresistentsest laudahoovi rohust kaks glüfosaati lagundavat aldo-keto reduktaasi, AKR4C16 ja AKR4C17. Nad saavad kasutada NADP+ kofaktorina glüfosaadi lagundamiseks mittetoksiliseks aminometüülfosfoonhappeks ja glüoksüülhappeks.
AKR4C16 ja AKR4C17 on esimesed teadaolevad glüfosaati lagundavad ensüümid, mis on toodetud taimede loomuliku evolutsiooni teel. Glüfosaadi lagundamise molekulaarse mehhanismi edasiseks uurimiseks kasutas Guo Ruitingi meeskond röntgenkristallograafiat, et analüüsida nende kahe ensüümi ja kofaktori kõrge vahelise seose. Eraldusvõime keeruline struktuur paljastas glüfosaadi, NADP+ ja AKR4C17 ternaarse kompleksi seondumisviisi ning pakkus välja AKR4C16 ja AKR4C17 vahendatud glüfosaadi lagundamise katalüütilise reaktsioonimehhanismi.
AKR4C17/NADP+/glüfosaadi kompleksi struktuur ja glüfosaadi lagunemise reaktsioonimehhanism.
Molekulaarne modifitseerimine parandab glüfosaadi lagundamistõhusust.
Pärast AKR4C17/NADP+/glüfosaadi peene kolmemõõtmelise struktuurimudeli saamist sai professor Guo Ruitingi meeskond ensüümistruktuuri analüüsi ja ratsionaalse disaini abil mutantse valgu AKR4C17F291D, millel oli glüfosaadi lagunemistõhususe 70% suurenemine.
AKR4C17 mutantide glüfosaati lagundava aktiivsuse analüüs.
„Meie töö paljastab AKR4C16 ja AKR4C17 molekulaarse mehhanismi, mis katalüüsib glüfosaadi lagunemist, mis loob olulise aluse AKR4C16 ja AKR4C17 edasiseks modifitseerimiseks, et parandada nende glüfosaadi lagundamistõhusust.“ Artikli vastav autor, Hubei ülikooli dotsent Dai Longhai ütles, et nad konstrueerisid mutantvalgu AKR4C17F291D, millel on parem glüfosaadi lagundamistõhusus, mis pakub olulist vahendit glüfosaadi suhtes resistentsete ja madala glüfosaadijääkidega transgeensete põllukultuuride kasvatamiseks ning mikroobsete bakterite kasutamiseks glüfosaadi lagundamiseks keskkonnas.
Väidetavalt on Guo Ruitingi meeskond pikka aega tegelenud keskkonnas leiduvate toksiliste ja kahjulike ainete biolagundamise ensüümide, terpenoidsüntaaside ja ravimite sihtvalkude struktuurianalüüsi ja mehhanismide uurimisega. Artikli kaasautoriteks on meeskonna liikmed Li Hao, dotsent Yang Yu ja lektor Hu Yumei ning kaasautoriteks Guo Ruiting ja Dai Longhai.
Postituse aeg: 02.06.2022