مکانیسم مولکولی تخریب گیاه گلایفوسیت آشکار شد

گلایفوسیت با تولید سالانه بیش از 700000 تن، پرمصرف ترین و بزرگترین علف کش در جهان است.مقاومت علف های هرز و تهدیدات بالقوه محیط زیست محیطی و سلامت انسان ناشی از سوء استفاده از گلایفوسیت توجه زیادی را به خود جلب کرده است. 

در 29 مه، تیم پروفسور Guo Ruiting از آزمایشگاه کلیدی دولتی بیوکاتالیز و مهندسی آنزیم، که به طور مشترک توسط دانشکده علوم زیستی دانشگاه هوبی و بخش‌های استانی و وزارتی تأسیس شده‌اند، آخرین مقاله تحقیقاتی را در مجله مواد خطرناک منتشر کردند. اولین تجزیه و تحلیل چمن باغچه(یک علف هرز بدخیم شلتوک) آلدو کتو ردوکتاز AKR4C16 و AKR4C17 مکانیسم واکنش تخریب گلایفوسیت را کاتالیز می کند و راندمان تخریب گلایفوسیت توسط AKR4C17 را از طریق اصلاح مولکولی تا حد زیادی بهبود می بخشد.

رشد مقاومت گلیفوسیت

از زمان معرفی آن در دهه 1970، گلایفوسیت در سرتاسر جهان محبوب شد و به تدریج به ارزان‌ترین، پرمصرف‌ترین و پربازده‌ترین علف‌کش با طیف وسیع تبدیل شد.با مهار 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS)، که یک آنزیم کلیدی در رشد و متابولیسم گیاه است، باعث اختلالات متابولیک در گیاهان، از جمله علف های هرز می شود.و مرگ

بنابراین، پرورش محصولات تراریخته مقاوم به گلایفوسیت و استفاده از گلایفوسیت در مزرعه راه مهمی برای کنترل علف های هرز در کشاورزی مدرن است. 

با این حال، با استفاده گسترده و سوء استفاده از گلایفوسیت، ده ها علف هرز به تدریج تکامل یافته و تحمل گلایفوسیت بالا را توسعه داده اند.

علاوه بر این، محصولات اصلاح شده ژنتیکی مقاوم به گلایفوسیت نمی توانند گلایفوسیت را تجزیه کنند و در نتیجه تجمع و انتقال گلایفوسیت در محصولات انجام می شود که به راحتی می تواند از طریق زنجیره غذایی پخش شود و سلامت انسان را به خطر بیندازد. 

بنابراین، کشف ژن‌هایی که می‌توانند گلایفوسیت را تجزیه کنند، ضروری است تا بتوان محصولات تراریخته مقاوم به گلایفوسیت را با بقایای گلایفوسیت کم کشت کرد.

حل ساختار کریستالی و مکانیسم واکنش کاتالیزوری آنزیم های تجزیه کننده گلایفوسیت مشتق شده از گیاه

در سال 2019، تیم‌های تحقیقاتی چینی و استرالیایی دو آلدو کتو ردوکتاز تجزیه‌کننده گلایفوسیت، AKR4C16 و AKR4C17 را برای اولین بار از علف‌های باغچه مقاوم به گلایفوسیت شناسایی کردند.آنها می توانند از NADP+ به عنوان کوفاکتور برای تجزیه گلایفوسیت به اسید آمینو متیل فسفونیک غیر سمی و اسید گلیوکسیلیک استفاده کنند.

AKR4C16 و AKR4C17 اولین آنزیم های تجزیه کننده گلیفوسیت گزارش شده هستند که توسط تکامل طبیعی گیاهان تولید می شوند.به منظور بررسی بیشتر مکانیسم مولکولی تخریب گلایفوسیت، تیم Guo Ruiting از کریستالوگرافی اشعه ایکس برای تجزیه و تحلیل رابطه بین این دو آنزیم و کوفاکتور بالا استفاده کرد.ساختار پیچیده وضوح حالت اتصال مجتمع سه تایی گلایفوسیت، NADP+ و AKR4C17 را نشان داد و مکانیسم واکنش کاتالیزوری تخریب گلایفوسیت با واسطه AKR4C16 و AKR4C17 را پیشنهاد کرد.

ساختار کمپلکس AKR4C17/NADP+/glyphosate و مکانیسم واکنش تخریب گلایفوسیت.

اصلاح مولکولی راندمان تخریب گلایفوسیت را بهبود می بخشد.

پس از به دست آوردن مدل ساختاری سه بعدی AKR4C17/NADP+/glyphosate، تیم پروفسور Guo Ruiting پروتئین جهش یافته AKR4C17F291D را با افزایش 70 درصدی راندمان تخریب گلایفوسیت از طریق تجزیه و تحلیل ساختار آنزیمی و منطقی بدست آوردند.

تجزیه و تحلیل فعالیت تجزیه کننده گلایفوسیت جهش یافته های AKR4C17

کار ما مکانیسم مولکولی AKR4C16 و AKR4C17 را نشان می‌دهد که تجزیه گلایفوسیت را کاتالیز می‌کند، که پایه مهمی برای اصلاح بیشتر AKR4C16 و AKR4C17 برای بهبود کارایی تجزیه گلایفوسیت ایجاد می‌کند.نویسنده مسئول مقاله، دانشیار دای لونگهای از دانشگاه هوبی گفت که آنها یک پروتئین جهش یافته AKR4C17F291D با راندمان تجزیه گلیفوسیت بهبود یافته ساخته اند، که ابزار مهمی برای کشت محصولات تراریخته مقاوم به گلایفوسیت بالا با استفاده از میکروب موتورهای میکروبی گلایفوسیت کم و میکروب های میکروبی موتوری با میکروب بی گلایفوسیت است. گلایفوسیت را در محیط تجزیه می کند.

گزارش شده است که تیم Guo Ruiting مدت‌هاست درگیر تحقیق در مورد تجزیه و تحلیل ساختار و بحث مکانیسم آنزیم‌های تجزیه زیستی، سنتازهای ترپنوئیدی و پروتئین‌های هدف دارویی مواد سمی و مضر در محیط بوده است.لی هائو، محقق یانگ یو و مدرس هو یومی در این تیم اولین نویسندگان مقاله هستند و Guo Ruiting و Dai Longhai نویسندگان همکار مقاله هستند.