연간 생산량이 700,000톤이 넘는 글리포세이트는 세계에서 가장 널리 사용되고 가장 큰 제초제입니다.글리포세이트 남용으로 인한 잡초 저항성과 생태 환경 및 인간 건강에 대한 잠재적인 위협은 큰 관심을 끌었습니다.
5월 29일, 후베이대학교 생명과학대학과 성 및 장관 부서가 공동으로 설립한 생촉매 및 효소 공학 국가 중점 연구소의 Guo Ruiting 교수 팀은 Journal of Hazardous Materials에 최신 연구 논문을 발표했습니다. 앞마당 잔디에 대한 첫 번째 분석.(악성논잡초) 유래 알도케토 환원효소 AKR4C16 및 AKR4C17은 글리포세이트 분해 반응 메커니즘을 촉매하고, 분자 변형을 통해 AKR4C17에 의한 글리포세이트 분해 효율을 크게 향상시킵니다.
글리포세이트 저항성 증가.
1970년대에 도입된 이래로 글리포세이트는 전 세계적으로 인기를 얻었으며 점차 가장 저렴하고 가장 널리 사용되며 가장 생산적인 광범위한 스펙트럼의 제초제가 되었습니다.식물의 성장과 대사에 관여하는 핵심 효소인 5-에놀피루빌시키메이트-3-인산 합성효소(EPSPS)를 특이적으로 억제해 잡초를 포함한 식물에 대사 장애를 일으킨다.그리고 죽음.
따라서 글리포세이트 저항성 형질전환 작물을 육종하고 밭에서 글리포세이트를 사용하는 것은 현대 농업에서 잡초를 방제하는 중요한 방법입니다.
그러나 글리포세이트의 광범위한 사용과 남용으로 인해 수십 종의 잡초가 점차 진화하여 높은 글리포세이트 내성을 갖게 되었습니다.
또한, 글리포세이트 저항성 유전자 변형 작물은 글리포세이트를 분해할 수 없어 작물에 글리포세이트가 축적 및 이동되어 먹이 사슬을 통해 쉽게 확산되어 인간의 건강을 위협할 수 있습니다.
따라서, 글리포세이트 잔기가 적고 글리포세이트 저항성이 높은 형질전환 작물을 재배하기 위해서는 글리포세이트를 분해할 수 있는 유전자를 발견하는 것이 시급하다.
식물유래 글리포세이트 분해효소의 결정구조 및 촉매반응 메커니즘 규명
2019년 중국과 호주 연구팀은 글리포세이트 저항성 잔디에서 처음으로 두 가지 글리포세이트 분해 알도케토 환원효소인 AKR4C16과 AKR4C17을 확인했습니다.그들은 NADP+를 보조인자로 사용하여 글리포세이트를 무독성 아미노메틸포스폰산과 글리옥실산으로 분해할 수 있습니다.
AKR4C16 및 AKR4C17은 식물의 자연 진화에 의해 생성된 최초의 보고된 글리포세이트 분해 효소입니다.글리포세이트 분해의 분자 메커니즘을 추가로 조사하기 위해 Guo Ruiting 팀은 X선 결정학을 사용하여 이 두 효소와 높은 보조 인자 사이의 관계를 분석했습니다.분해능의 복잡한 구조는 글리포세이트, NADP+ 및 AKR4C17의 삼원 복합체의 결합 모드를 밝혀냈고, AKR4C16 및 AKR4C17 매개 글리포세이트 분해의 촉매 반응 메커니즘을 제안했습니다.
AKR4C17/NADP+/글리포세이트 복합체의 구조와 글리포세이트 분해의 반응 메커니즘.
분자 변형은 글리포세이트의 분해 효율을 향상시킵니다.
AKR4C17/NADP+/글리포세이트의 미세한 3차원 구조 모델을 얻은 후, Guo Ruiting 교수팀은 효소 구조 분석과 합리적 설계를 통해 글리포세이트 분해 효율이 70% 증가한 돌연변이 단백질 AKR4C17F291D를 추가로 얻었습니다.
AKR4C17 돌연변이의 글리포세이트 분해 활성 분석.
"우리의 연구는 글리포세이트의 분해를 촉진하는 AKR4C16 및 AKR4C17의 분자 메커니즘을 밝혀냈으며, 이는 글리포세이트의 분해 효율을 향상시키기 위해 AKR4C16 및 AKR4C17의 추가 변형을 위한 중요한 토대를 마련합니다."논문의 교신저자 후베이대학교 다이 롱하이(Dai Longhai) 부교수는 향상된 글리포세이트 분해 효율을 지닌 돌연변이 단백질 AKR4C17F291D를 구축했다고 밝혔습니다. 이는 글리포세이트 잔류량이 적고 글리포세이트 저항성이 높은 형질전환 작물을 재배하고 미생물 공학 박테리아를 사용하여 환경에서 글리포세이트를 분해합니다.
Guo Ruiting 팀은 환경 중 독성 및 유해 물질의 생분해 효소, 테르페노이드 합성 효소 및 약물 표적 단백질의 구조 분석 및 메커니즘 논의에 대한 연구에 오랫동안 참여해 왔다고 보고되었습니다.Li Hao, Yang Yu 부연구원, Hu Yumei 강사가 논문의 공동 제1저자이고 Guo Ruiting과 Dai Longhai가 공동 교신저자입니다.
게시 시간: 2022년 6월 2일