Dengan produksi tahunan lebih dari 700.000 ton, glifosat adalah herbisida yang paling banyak digunakan dan terbesar di dunia.Resistensi gulma dan potensi ancaman terhadap lingkungan ekologi dan kesehatan manusia yang disebabkan oleh penyalahgunaan glifosat telah menarik perhatian besar.
Pada tanggal 29 Mei, tim Profesor Guo Ruiting dari State Key Laboratory of Biocatalysis and Enzyme Engineering, yang didirikan bersama oleh School of Life Sciences Universitas Hubei dan departemen provinsi dan kementerian, menerbitkan makalah penelitian terbaru di Journal of Hazardous Materials, menganalisis analisa pertama rumput lumbung.(Gulma padi ganas) yang diturunkan dari aldo-keto reduktase AKR4C16 dan AKR4C17 mengkatalisis mekanisme reaksi degradasi glifosat, dan sangat meningkatkan efisiensi degradasi glifosat oleh AKR4C17 melalui modifikasi molekuler.
Meningkatnya resistensi glifosat.
Sejak diperkenalkan pada tahun 1970-an, glifosat telah populer di seluruh dunia, dan secara bertahap menjadi herbisida berspektrum luas yang paling murah, paling banyak digunakan, dan paling produktif.Ini menyebabkan gangguan metabolisme pada tanaman, termasuk gulma, dengan secara khusus menghambat 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS), enzim kunci yang terlibat dalam pertumbuhan dan metabolisme tanaman.dan kematian.
Oleh karena itu, pemuliaan tanaman transgenik yang tahan glifosat dan penggunaan glifosat di lapangan merupakan cara penting untuk mengendalikan gulma dalam pertanian modern.
Namun, dengan meluasnya penggunaan dan penyalahgunaan glifosat, lusinan gulma secara bertahap berevolusi dan mengembangkan toleransi glifosat yang tinggi.
Selain itu, tanaman hasil rekayasa genetika yang resisten terhadap glifosat tidak dapat menguraikan glifosat, sehingga terjadi penumpukan dan perpindahan glifosat pada 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 tahan glifosat tinggi 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 reduktase aldo-keto pendegradasi glifosat, AKR4C16 dan AKR4C17, untuk pertama kalinya dari rumput lumbung yang tahan 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 yang dihasilkan oleh evolusi alami tumbuhan.Untuk mengeksplorasi lebih jauh mekanisme molekuler degradasi glifosat, tim Guo Ruiting menggunakan kristalografi sinar-X untuk menganalisis hubungan antara kedua enzim dan kofaktor tinggi.Struktur kompleks resolusi mengungkapkan mode pengikatan kompleks terner glifosat, NADP+ dan AKR4C17, dan mengusulkan mekanisme reaksi katalitik degradasi glifosat yang dimediasi AKR4C16 dan AKR4C17.
Struktur kompleks AKR4C17/NADP+/glifosat dan mekanisme reaksi degradasi glifosat.
Modifikasi molekul meningkatkan efisiensi degradasi glifosat.
Setelah mendapatkan model struktur tiga dimensi halus AKR4C17/NADP+/glifosat, tim Profesor Guo Ruiting selanjutnya memperoleh protein mutan AKR4C17F291D dengan peningkatan efisiensi degradasi glifosat sebesar 70% melalui analisis struktur enzim dan desain rasional.
Analisis aktivitas degradasi glifosat dari mutan AKR4C17.
“Pekerjaan kami mengungkap mekanisme molekuler AKR4C16 dan AKR4C17 yang mengkatalisis degradasi glifosat, yang meletakkan dasar penting untuk modifikasi lebih lanjut AKR4C16 dan AKR4C17 guna meningkatkan efisiensi degradasi glifosat.”Penulis makalah yang sesuai, Associate Professor Dai Longhai dari Universitas Hubei Mengatakan bahwa mereka membuat protein mutan AKR4C17F291D dengan peningkatan efisiensi degradasi glifosat, yang menyediakan alat penting untuk membudidayakan tanaman transgenik yang tahan glifosat tinggi dengan residu glifosat rendah dan menggunakan bakteri rekayasa mikroba untuk mendegradasi glifosat di lingkungan.
Dilaporkan bahwa tim Guo Ruiting telah lama terlibat dalam penelitian tentang 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 adalah penulis pertama makalah ini, dan Guo Ruiting serta Dai Longhai adalah penulis pendamping.
Waktu posting: 02 Juni 2022