Con una produzione annua di oltre 700.000 tonnellate, il glifosato è l’erbicida più utilizzato e più grande al mondo.La resistenza alle erbe infestanti e le potenziali minacce all’ambiente ecologico e alla salute umana causate dall’abuso di glifosato hanno attirato grande attenzione.
Il 29 maggio, il team del professor Guo Ruiting del Laboratorio statale chiave di biocatalisi e ingegneria enzimatica, istituito congiuntamente dalla Scuola di scienze della vita dell'Università di Hubei e dai dipartimenti provinciali e ministeriali, ha pubblicato l'ultimo documento di ricerca sul Journal of Hazardous Materials, analizzando la prima analisi dell'erba da cortile.(Un'erbaccia di riso maligna) derivata dall'aldo-cheto reduttasi AKR4C16 e AKR4C17 catalizzano il meccanismo di reazione della degradazione del glifosato e migliorano notevolmente l'efficienza di degradazione del glifosato da parte di AKR4C17 attraverso la modifica molecolare.
Cresce la resistenza al glifosato.
Dalla sua introduzione negli anni ’70, il glifosato è stato popolare in tutto il mondo ed è gradualmente diventato l’erbicida ad ampio spettro più economico, più utilizzato e più produttivo.Provoca disturbi metabolici nelle piante, comprese le erbe infestanti, inibendo specificamente la 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintasi (EPSPS), un enzima chiave coinvolto nella crescita e nel metabolismo delle piante.e morte.
Pertanto, la selezione di colture transgeniche resistenti al glifosato e l’utilizzo del glifosato sul campo rappresentano un modo importante per controllare le erbe infestanti nell’agricoltura moderna.
Tuttavia, con l’uso e l’abuso diffuso del glifosato, decine di erbe infestanti si sono gradualmente evolute e hanno sviluppato un’elevata tolleranza al glifosato.
Inoltre, le colture geneticamente modificate resistenti al glifosato non possono decomporre il glifosato, con conseguente accumulo e trasferimento di glifosato nelle colture, che può facilmente diffondersi attraverso la catena alimentare e mettere in pericolo la salute umana.
Pertanto, è urgente scoprire i geni che possono degradare il glifosato, in modo da coltivare colture transgeniche ad alta resistenza al glifosato con bassi residui di glifosato.
Risoluzione della struttura cristallina e del meccanismo di reazione catalitica degli enzimi di degradazione del glifosato di origine vegetale
Nel 2019, gruppi di ricerca cinesi e australiani hanno identificato per la prima volta due aldo-cheto reduttasi che degradano il glifosato, AKR4C16 e AKR4C17, dall'erba da cortile resistente al glifosato.Possono utilizzare NADP+ come cofattore per degradare il glifosato in acido aminometilfosfonico non tossico e acido gliossilico.
AKR4C16 e AKR4C17 sono i primi enzimi di degradazione del glifosato prodotti dall'evoluzione naturale delle piante.Per esplorare ulteriormente il meccanismo molecolare della degradazione del glifosato, il team di Guo Ruiting ha utilizzato la cristallografia a raggi X per analizzare la relazione tra questi due enzimi e il cofattore elevato.La complessa struttura della risoluzione ha rivelato la modalità di legame del complesso ternario di glifosato, NADP+ e AKR4C17 e ha proposto il meccanismo di reazione catalitica della degradazione del glifosato mediata da AKR4C16 e AKR4C17.
Struttura del complesso AKR4C17/NADP+/glifosato e meccanismo di reazione della degradazione del glifosato.
La modifica molecolare migliora l’efficienza di degradazione del glifosato.
Dopo aver ottenuto il modello strutturale tridimensionale fine di AKR4C17/NADP+/glifosato, il team del professor Guo Ruiting ha inoltre ottenuto una proteina mutante AKR4C17F291D con un aumento del 70% nell'efficienza di degradazione del glifosato attraverso l'analisi della struttura enzimatica e una progettazione razionale.
Analisi dell'attività di degradazione del glifosato dei mutanti AKR4C17.
“Il nostro lavoro rivela il meccanismo molecolare di AKR4C16 e AKR4C17 che catalizza la degradazione del glifosato, il che pone una base importante per l’ulteriore modifica di AKR4C16 e AKR4C17 per migliorare la loro efficienza di degradazione del glifosato”.L'autore corrispondente dell'articolo, il professore associato Dai Longhai dell'Università di Hubei, ha affermato di aver costruito una proteina mutante AKR4C17F291D con una migliore efficienza di degradazione del glifosato, che fornisce uno strumento importante per coltivare colture transgeniche ad alta resistenza al glifosato con bassi residui di glifosato e utilizzando batteri di ingegneria microbica per degradare il glifosato nell’ambiente.
È stato riferito che il team di Guo Ruiting è impegnato da tempo nella ricerca sull'analisi della struttura e nella discussione dei meccanismi degli enzimi di biodegradazione, delle sintasi terpenoidi e delle proteine bersaglio dei farmaci di sostanze tossiche e nocive nell'ambiente.Li Hao, il ricercatore associato Yang Yu e il docente Hu Yumei del team sono i co-autori dell'articolo, e Guo Ruiting e Dai Longhai sono gli autori co-corrispondenti.
Orario di pubblicazione: 02-giu-2022