Жылдық өнімділігі 700 000 тоннадан асатын глифосат әлемдегі ең кең таралған және ең ірі гербицид болып табылады. Глифосатты теріс пайдаланудан туындаған арамшөптерге төзімділік және экологиялық орта мен адам денсаулығына төнетін ықтимал қауіптер үлкен назар аударды.
29 мамырда Хубэй университетінің тіршілік ғылымдары мектебі мен провинциялық және министрлік департаменттер бірлесіп құрған Биокатализ және фермент инженериясы мемлекеттік негізгі зертханасының профессоры Го Руйтиннің командасы Journal of Hardous Materials журналында қора шөптерінің алғашқы талдауын талдаған соңғы зерттеу мақаласын жариялады. (Қатерлі күріш арамшөпі)-ден алынған альдо-кето-редуктаза AKR4C16 және AKR4C17 глифосаттың ыдырау реакция механизмін катализдейді және молекулалық модификация арқылы AKR4C17 арқылы глифосаттың ыдырау тиімділігін айтарлықтай жақсартады.
Глифосатқа төзімділіктің артуы.
1970 жылдары енгізілгеннен бері глифосат бүкіл әлемде танымал болды және біртіндеп ең арзан, ең кең қолданылатын және ең өнімді кең спектрлі гербицидке айналды. Ол өсімдіктердің өсуі мен метаболизміне және өліміне қатысатын негізгі фермент - 5-энолпирувилшикимат-3-фосфат синтазасын (EPSPS) арнайы тежеу арқылы өсімдіктерде, соның ішінде арамшөптерде метаболикалық бұзылуларды тудырады.
Сондықтан, глифосатқа төзімді трансгендік дақылдарды өсіру және глифосатты егістікте қолдану қазіргі заманғы ауыл шаруашылығында арамшөптерді бақылаудың маңызды тәсілі болып табылады.
Дегенмен, глифосаттың кеңінен қолданылуы мен теріс пайдаланылуымен ондаған арамшөптер біртіндеп дамып, глифосатқа жоғары төзімділікті дамытты.
Сонымен қатар, глифосатқа төзімді генетикалық түрлендірілген дақылдар глифосатты ыдырата алмайды, нәтижесінде дақылдарда глифосат жиналып, тасымалданады, бұл азық-түлік тізбегі арқылы оңай таралып, адам денсаулығына қауіп төндіруі мүмкін.
Сондықтан, глифосат қалдықтары аз және глифосатқа төзімділігі жоғары трансгендік дақылдарды өсіру үшін глифосатты ыдырата алатын гендерді табу өте маңызды.
Өсімдіктерден алынған глифосат ыдырататын ферменттердің кристалдық құрылымын және каталитикалық реакция механизмін шешу
2019 жылы Қытай мен Австралияның зерттеу топтары алғаш рет глифосатқа төзімді қора шөптерінен глифосат ыдырататын екі альдо-кето редуктазасын, AKR4C16 және AKR4C17 анықтады. Олар глифосатты улы емес аминометилфосфон қышқылы мен глиоксил қышқылына дейін ыдырату үшін кофактор ретінде NADP+ пайдалана алады.
AKR4C16 және AKR4C17 өсімдіктердің табиғи эволюциясы арқылы өндірілетін алғашқы глифосат ыдырайтын ферменттер болып табылады. Глифосаттың ыдырауының молекулалық механизмін одан әрі зерттеу үшін Го Руйтингтің командасы осы екі фермент пен кофактор жоғары арасындағы байланысты талдау үшін рентгендік кристаллографияны пайдаланды. Ажыратымдылықтың күрделі құрылымы глифосаттың, NADP+ және AKR4C17 үштік кешенінің байланысу режимін анықтады және AKR4C16 және AKR4C17 арқылы глифосат ыдырауының каталитикалық реакция механизмін ұсынды.
AKR4C17/NADP+/глифосат кешенінің құрылымы және глифосаттың ыдырау реакция механизмі.
Молекулалық модификация глифосаттың ыдырау тиімділігін арттырады.
AKR4C17/NADP+/глифосаттың үш өлшемді құрылымдық моделін алғаннан кейін, профессор Гуо Руйтингтің командасы фермент құрылымын талдау және рационалды дизайн арқылы глифосаттың ыдырау тиімділігін 70%-ға арттыратын AKR4C17F291D мутантты ақуызын алды.
AKR4C17 мутанттарының глифосат ыдырату белсенділігін талдау.
«Біздің жұмысымыз глифосаттың ыдырауын катализдейтін AKR4C16 және AKR4C17 молекулалық механизмін ашады, бұл AKR4C16 және AKR4C17-нің глифосаттың ыдырау тиімділігін арттыру үшін оларды одан әрі модификациялау үшін маңызды негіз қалайды». Мақаланың корреспондент авторы, Хубэй университетінің доценті Дай Лонхай глифосаттың ыдырау тиімділігін жақсартатын AKR4C17F291D мутантты ақуызын құрастырғанын айтты, бұл глифосат қалдықтары аз жоғары глифосатқа төзімді трансгендік дақылдарды өсіру және қоршаған ортада глифосатты ыдырату үшін микробтық инженерлік бактерияларды пайдалану үшін маңызды құрал болып табылады.
Го Руйтиннің командасы қоршаған ортадағы улы және зиянды заттардың биоыдырау ферменттерінің, терпеноидты синтазалардың және дәрілік нысана ақуыздарының құрылымын талдау және механизмін талқылау бойынша зерттеулермен ұзақ уақыт айналысып келгені туралы хабарланады. Ли Хао, қауымдастырылған зерттеуші Ян Ю және оқытушы Ху Юмэй мақаланың бірлескен авторлары, ал Го Руйтин мен Дай Лонхай бірлескен авторлар.
Жарияланған уақыты: 2022 жылғы 2 маусым