Dengan produksi tahunan lebih dari 700.000 ton, glifosat merupakan herbisida yang paling banyak digunakan dan terbesar di dunia. Resistensi gulma dan potensi ancaman terhadap lingkungan ekologis dan kesehatan manusia akibat penyalahgunaan glifosat telah menarik perhatian besar.
Pada tanggal 29 Mei, tim Profesor Guo Ruiting dari Laboratorium Kunci Negara Biokatalisis dan Rekayasa Enzim, yang didirikan bersama oleh Fakultas Ilmu Hayati Universitas Hubei dan departemen provinsi serta kementerian, menerbitkan makalah penelitian terbaru di Jurnal Bahan Berbahaya, yang menganalisis analisis pertama rumput barnyard. Aldo-keto reduktase AKR4C16 dan AKR4C17, turunan rumput padi ganas, mengkatalisis mekanisme reaksi degradasi glifosat, dan secara signifikan meningkatkan efisiensi degradasi glifosat oleh AKR4C17 melalui modifikasi molekuler.
Meningkatnya resistensi terhadap glifosat.
Sejak diperkenalkan pada tahun 1970-an, glifosat telah populer di seluruh dunia, dan secara bertahap menjadi herbisida berspektrum luas yang termurah, paling banyak digunakan, dan paling produktif. Glifosat menyebabkan gangguan metabolisme pada tanaman, termasuk gulma, dengan secara spesifik menghambat 5-enolpiruvilsikimat-3-fosfat sintase (EPSPS), enzim kunci yang berperan dalam pertumbuhan dan metabolisme tanaman, serta kematian tanaman.
Oleh karena itu, pemuliaan tanaman transgenik yang tahan terhadap glifosat dan penggunaan glifosat di lapangan merupakan cara penting untuk mengendalikan gulma dalam pertanian modern.
Namun, dengan meluasnya penggunaan dan penyalahgunaan glifosat, puluhan gulma secara bertahap berevolusi dan mengembangkan toleransi tinggi terhadap glifosat.
Selain itu, tanaman rekayasa genetika yang tahan terhadap glifosat tidak dapat menguraikan glifosat, sehingga mengakibatkan akumulasi dan perpindahan glifosat dalam tanaman, yang dapat dengan mudah menyebar melalui rantai makanan dan membahayakan kesehatan manusia.
Oleh karena itu, sangat mendesak untuk menemukan gen yang dapat mendegradasi glifosat, sehingga dapat membudidayakan tanaman transgenik yang sangat tahan terhadap glifosat dengan residu glifosat yang rendah.
Menyelesaikan struktur kristal dan mekanisme reaksi katalitik enzim pendegradasi glifosat yang berasal dari tumbuhan
Pada tahun 2019, tim peneliti Tiongkok dan Australia mengidentifikasi dua aldo-keto reduktase pendegradasi glifosat, AKR4C16 dan AKR4C17, untuk pertama kalinya dari rumput barnyard yang resisten terhadap glifosat. Mereka dapat menggunakan NADP+ sebagai kofaktor untuk mendegradasi glifosat menjadi asam aminometilfosfonat dan asam glioksilat yang tidak beracun.
AKR4C16 dan AKR4C17 adalah enzim pendegradasi glifosat pertama yang dilaporkan, diproduksi melalui evolusi alami tumbuhan. Untuk mengeksplorasi lebih lanjut mekanisme molekuler degradasi glifosat, tim Guo Ruiting menggunakan kristalografi sinar-X untuk menganalisis hubungan antara kedua enzim ini dan kofaktor tinggi. Struktur kompleks dari resolusi tersebut mengungkapkan mode pengikatan kompleks terner glifosat, NADP+, dan AKR4C17, serta mengusulkan mekanisme reaksi katalitik degradasi glifosat yang dimediasi oleh AKR4C16 dan AKR4C17.
Struktur kompleks AKR4C17/NADP+/glifosat dan mekanisme reaksi degradasi glifosat.
Modifikasi molekuler meningkatkan efisiensi degradasi glifosat.
Setelah memperoleh model struktur tiga dimensi yang halus dari AKR4C17/NADP+/glifosat, tim Profesor Guo Ruiting selanjutnya memperoleh protein mutan AKR4C17F291D dengan peningkatan 70% dalam efisiensi degradasi glifosat melalui analisis struktur enzim dan desain rasional.
Analisis aktivitas degradasi glifosat pada mutan AKR4C17.
"Penelitian kami mengungkap mekanisme molekuler AKR4C16 dan AKR4C17 yang mengkatalisis degradasi glifosat, yang menjadi fondasi penting bagi modifikasi lebih lanjut AKR4C16 dan AKR4C17 untuk meningkatkan efisiensi degradasi glifosat." Penulis korespondensi makalah ini, Associate Professor Dai Longhai dari Universitas Hubei, mengatakan bahwa mereka telah membangun protein mutan AKR4C17F291D dengan efisiensi degradasi glifosat yang lebih baik, yang menyediakan alat penting untuk membudidayakan tanaman transgenik yang sangat tahan glifosat dengan residu glifosat rendah, serta menggunakan bakteri rekayasa mikroba untuk mendegradasi glifosat di lingkungan.
Tim Guo Ruiting dilaporkan telah lama terlibat dalam penelitian analisis struktur dan diskusi mekanisme enzim biodegradasi, sintase terpenoid, dan protein target obat dari zat beracun dan berbahaya di lingkungan. Li Hao, peneliti asosiasi Yang Yu, dan dosen Hu Yumei dalam tim tersebut merupakan penulis pertama bersama makalah ini, sementara Guo Ruiting dan Dai Longhai adalah penulis korespondensi bersama.
Waktu posting: 02-Jun-2022