Com uma produção anual de mais de 700.000 toneladas, o glifosato é o maior e mais utilizado herbicida do mundo. A resistência das ervas daninhas e as potenciais ameaças ao ambiente ecológico e à saúde humana causadas pelo abuso do glifosato têm atraído grande atenção.
Em 29 de maio, a equipe do Professor Guo Ruiting do Laboratório Estatal Chave de Biocatálise e Engenharia Enzimática, estabelecido conjuntamente pela Escola de Ciências da Vida da Universidade de Hubei e pelos departamentos provinciais e ministeriais, publicou o último artigo de pesquisa no Journal of Hazardous Materials, analisando a primeira análise do capim-arroz. (Uma erva daninha de arroz maligna) derivada de aldo-ceto redutase AKR4C16 e AKR4C17 catalisam o mecanismo de reação de degradação do glifosato e melhoram muito a eficiência de degradação do glifosato por AKR4C17 por meio de modificação molecular.
Crescente resistência ao glifosato.
Desde a sua introdução na década de 1970, o glifosato tornou-se popular em todo o mundo e tornou-se gradualmente o herbicida de amplo espectro mais barato, mais utilizado e mais produtivo. Causa distúrbios metabólicos em plantas, incluindo ervas daninhas, ao inibir especificamente a 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintase (EPSPS), uma enzima chave envolvida no crescimento e metabolismo das plantas. e morte.
Portanto, o cultivo de culturas transgênicas resistentes ao glifosato e o uso do glifosato no campo é uma forma importante de controlar ervas daninhas na agricultura moderna.
No entanto, com o uso e abuso generalizados do glifosato, dezenas de ervas daninhas evoluíram gradualmente e desenvolveram alta tolerância ao glifosato.
Além disso, as culturas geneticamente modificadas resistentes ao glifosato não conseguem decompor o glifosato, resultando na acumulação e transferência de glifosato nas culturas, o que pode facilmente espalhar-se pela cadeia alimentar e pôr em perigo a saúde humana.
Portanto, é urgente descobrir genes que possam degradar o glifosato, de modo a cultivar culturas transgênicas com alta resistência ao glifosato e baixos resíduos de glifosato.
Resolvendo a estrutura cristalina e o mecanismo de reação catalítica de enzimas que degradam o glifosato derivadas de plantas
Em 2019, equipes de pesquisa chinesas e australianas identificaram pela primeira vez duas aldo-ceto redutases que degradam o glifosato, AKR4C16 e AKR4C17, em grama de curral resistente ao glifosato. Eles podem usar NADP+ como cofator para degradar o glifosato em ácido aminometilfosfônico não tóxico e ácido glioxílico.
AKR4C16 e AKR4C17 são as primeiras enzimas degradadoras de glifosato produzidas pela evolução natural das plantas. A fim de explorar ainda mais o mecanismo molecular de degradação do glifosato, a equipe de Guo Ruiting usou cristalografia de raios X para analisar a relação entre essas duas enzimas e o cofator alto. A estrutura complexa da resolução revelou o modo de ligação do complexo ternário de glifosato, NADP+ e AKR4C17, e propôs o mecanismo de reação catalítica da degradação do glifosato mediada por AKR4C16 e AKR4C17.
Estrutura do complexo AKR4C17/NADP+/glifosato e mecanismo de reação de degradação do glifosato.
A modificação molecular melhora a eficiência de degradação do glifosato.
Depois de obter o modelo estrutural tridimensional fino de AKR4C17/NADP+/glifosato, a equipe do professor Guo Ruiting obteve ainda uma proteína mutante AKR4C17F291D com um aumento de 70% na eficiência de degradação do glifosato por meio de análise da estrutura enzimática e design racional.
Análise da atividade de degradação do glifosato de mutantes AKR4C17.
“Nosso trabalho revela o mecanismo molecular de AKR4C16 e AKR4C17 que catalisa a degradação do glifosato, o que estabelece uma base importante para a modificação adicional de AKR4C16 e AKR4C17 para melhorar a eficiência de degradação do glifosato.” O autor correspondente do artigo, Professor Associado Dai Longhai da Universidade de Hubei, disse que construiu uma proteína mutante AKR4C17F291D com maior eficiência de degradação do glifosato, que fornece uma ferramenta importante para o cultivo de culturas transgênicas altamente resistentes ao glifosato com baixos resíduos de glifosato e usando bactérias de engenharia microbiana para degradar o glifosato no meio ambiente.
É relatado que a equipe de Guo Ruiting está há muito envolvida na pesquisa sobre a análise da estrutura e discussão do mecanismo de enzimas de biodegradação, terpenóides sintases e proteínas alvo de drogas de substâncias tóxicas e nocivas no meio ambiente. Li Hao, o pesquisador associado Yang Yu e o palestrante Hu Yumei da equipe são os co-autores do artigo, e Guo Ruiting e Dai Longhai são os co-autores correspondentes.
Horário da postagem: 02/06/2022