تم الكشف عن الآلية الجزيئية لتحلل النبات للغليفوسات

مع إنتاج سنوي يزيد عن 700 ألف طن، يعد الغليفوسات أكثر مبيدات الأعشاب استخدامًا على نطاق واسع وأكبرها في العالم.لقد اجتذبت مقاومة الأعشاب الضارة والتهديدات المحتملة للبيئة البيئية وصحة الإنسان الناجمة عن تعاطي الغليفوسات اهتمامًا كبيرًا. 

في 29 مايو، نشر فريق البروفيسور قوه رويتينج من مختبر الدولة الرئيسي للتحفيز الحيوي وهندسة الإنزيمات، الذي أنشأته كلية علوم الحياة بجامعة هوبي والإدارات الإقليمية والوزاراتية، أحدث ورقة بحثية في مجلة المواد الخطرة، والتي تحلل التحليل الأول لعشبة الفناء.(حشيشة الأرز الخبيثة) - مشتقة من ألدو كيتو اختزال AKR4C16 وAKR4C17 تحفز آلية التفاعل لتحلل الغليفوسات، وتحسن بشكل كبير كفاءة تحلل الغليفوسات بواسطة AKR4C17 من خلال التعديل الجزيئي.

تزايد مقاومة الغليفوسات.

منذ طرحه في سبعينيات القرن الماضي، أصبح الغليفوسات شائعًا في جميع أنحاء العالم، وأصبح تدريجيًا أرخص مبيدات الأعشاب واسعة النطاق وأكثرها استخدامًا وإنتاجية.إنه يسبب اضطرابات التمثيل الغذائي في النباتات، بما في ذلك الأعشاب الضارة، عن طريق تثبيط إنزيم 5-إينولبيروفيلشيكيميت-3-فوسفات (EPPSPS)، وهو إنزيم رئيسي يشارك في نمو النبات والتمثيل الغذائي.و الموت.

ولذلك، فإن تربية المحاصيل المعدلة وراثيا المقاومة للجليفوسات واستخدام الجليفوسات في الحقل يعد وسيلة مهمة لمكافحة الأعشاب الضارة في الزراعة الحديثة. 

ومع ذلك، مع الاستخدام الواسع النطاق وإساءة استخدام الغليفوسات، تطورت العشرات من الأعشاب الضارة تدريجيًا وطورت قدرة عالية على تحمل الغليفوسات.

بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن للمحاصيل المعدلة وراثيا المقاومة للجليفوسات أن تتحلل الجليفوسات، مما يؤدي إلى تراكم ونقل الجليفوسات في المحاصيل، والذي يمكن أن ينتشر بسهولة عبر السلسلة الغذائية ويعرض صحة الإنسان للخطر. 

لذلك، من الضروري اكتشاف الجينات القادرة على تحليل الغليفوسات، وذلك لزراعة محاصيل معدلة وراثيا عالية المقاومة للغليفوسات مع بقايا منخفضة من الغليفوسات.

حل التركيب البلوري وآلية التفاعل التحفيزي للإنزيمات المهينة للجليفوسات المشتقة من النبات

في عام 2019، حددت فرق البحث الصينية والأسترالية اثنين من إنزيمات ألدو-كيتو المختزلة المهينة للغليفوسات، AKR4C16 وAKR4C17، لأول مرة من عشب الفناء المقاوم للغليفوسات.يمكنهم استخدام NADP+ كعامل مساعد لتحليل الغليفوسات إلى حمض أمينوميثيل فوسفونيك غير السام وحمض الجليوكسيليك.

يعد AKR4C16 وAKR4C17 أول إنزيمات مُحللة للجليفوسات يتم إنتاجها عن طريق التطور الطبيعي للنباتات.من أجل مواصلة استكشاف الآلية الجزيئية لتحلل الجليفوسات، استخدم فريق Guo Ruiting علم البلورات بالأشعة السينية لتحليل العلاقة بين هذين الإنزيمين والعامل المساعد العالي.كشف الهيكل المعقد للقرار عن وضع الربط للمجمع الثلاثي للغليفوسات، NADP+ وAKR4C17، واقترح آلية التفاعل التحفيزي لتحلل الغليفوسات بوساطة AKR4C16 وAKR4C17.

هيكل مجمع AKR4C17 / NADP + / الغليفوسات وآلية تفاعل تدهور الغليفوسات.

التعديل الجزيئي يحسن كفاءة تحلل الغليفوسات.

بعد الحصول على النموذج الهيكلي الدقيق ثلاثي الأبعاد لـ AKR4C17/NADP+/glyphosate، حصل فريق البروفيسور Guo Ruiting أيضًا على بروتين متحور AKR4C17F291D مع زيادة بنسبة 70% في كفاءة تحلل الجليفوسات من خلال تحليل بنية الإنزيم والتصميم العقلاني.

تحليل نشاط تحلل الغليفوسات لطفرات AKR4C17.

"يكشف عملنا عن الآلية الجزيئية لـ AKR4C16 وAKR4C17 التي تحفز تحلل الجليفوسات، مما يضع أساسًا مهمًا لمزيد من التعديل لـ AKR4C16 وAKR4C17 لتحسين كفاءة تحلل الجليفوسات".قال المؤلف المراسل للورقة، البروفيسور المساعد داي لونغهاي من جامعة هوبي، إنهم قاموا ببناء بروتين متحور AKR4C17F291D مع تحسين كفاءة تحلل الغليفوسات، والذي يوفر أداة مهمة لزراعة محاصيل معدلة وراثيا عالية المقاومة للغليفوسات مع بقايا غليفوسات منخفضة واستخدام بكتيريا الهندسة الميكروبية لزراعة محاصيل معدلة وراثيا عالية المقاومة للغليفوسات. تحلل الغليفوسات في البيئة.

يُذكر أن فريق Guo Ruiting شارك منذ فترة طويلة في البحث حول تحليل البنية ومناقشة آلية إنزيمات التحلل الحيوي، ومركبات التربينويد، والبروتينات المستهدفة للأدوية للمواد السامة والضارة في البيئة.لي هاو، والباحث المساعد يانغ يو، والمحاضر هو يومي في الفريق هم المؤلفون الأوائل للورقة البحثية، وجو رويتينج وداي لونجهاي هم المؤلفون المشاركون.