Yıllık 700.000 tonun üzerinde üretim kapasitesiyle glifosat, dünyada en yaygın kullanılan ve en büyük herbisittir. Yabancı ot direnci ve glifosatın aşırı kullanımının ekolojik çevre ve insan sağlığı üzerindeki potansiyel tehditleri büyük ilgi görmektedir.
Hubei Üniversitesi Yaşam Bilimleri Fakültesi ve eyalet ve bakanlık birimleri tarafından ortaklaşa kurulan Biyokataliz ve Enzim Mühendisliği Devlet Anahtar Laboratuvarı'ndan Profesör Guo Ruiting'in ekibi, 29 Mayıs'ta Tehlikeli Maddeler Dergisi'nde, ahır otunun (kötü huylu bir çeltik otu) ilk analizini inceleyen son araştırma makalesini yayınladı. Aldo-keto redüktaz (AKR4C16 ve AKR4C17), glifosatın bozunma reaksiyon mekanizmasını katalize ediyor ve moleküler modifikasyon yoluyla AKR4C17 tarafından glifosatın bozunma verimliliğini büyük ölçüde artırıyor.
Artan glifosat direnci.
1970'lerde piyasaya sürülmesinden bu yana, glifosat tüm dünyada popüler hale gelmiş ve giderek en ucuz, en yaygın kullanılan ve en verimli geniş spektrumlu herbisit haline gelmiştir. Bitki büyümesi ve metabolizmasında rol oynayan önemli bir enzim olan 5-enolpiruvilşikimat-3-fosfat sentazı (EPSPS) özel olarak inhibe ederek yabani otlar da dahil olmak üzere bitkilerde metabolik bozukluklara ve ölüme neden olur.
Bu nedenle, glifosata dayanıklı transgenik bitkilerin yetiştirilmesi ve glifosatın tarlada kullanılması, modern tarımda yabancı ot kontrolünde önemli bir yoldur.
Ancak glifosatın yaygın kullanımı ve kötüye kullanımıyla birlikte onlarca yabani ot yavaş yavaş evrimleşmiş ve yüksek glifosat toleransı geliştirmiştir.
Ayrıca, glifosat dirençli genetiği değiştirilmiş ürünler glifosatı parçalayamıyor ve bu da glifosatın ürünlerde birikmesine ve taşınmasına neden oluyor, bu da besin zinciri yoluyla kolayca yayılarak insan sağlığını tehlikeye atabiliyor.
Bu nedenle, glifosatı parçalayabilen genlerin keşfedilmesi ve böylece düşük glifosat kalıntılı, yüksek glifosat dirençli transgenik bitkilerin yetiştirilmesi aciliyet taşımaktadır.
Bitki kaynaklı glifosat parçalayıcı enzimlerin kristal yapısının ve katalitik reaksiyon mekanizmasının çözümlenmesi
2019 yılında, Çinli ve Avustralyalı araştırma ekipleri, glifosata dirençli ahır otlarından ilk kez iki glifosat parçalayıcı aldo-keto redüktaz olan AKR4C16 ve AKR4C17'yi tespit ettiler. Bu redüktazlar, glifosatı toksik olmayan aminometilfosfonik asit ve glioksilik aside parçalamak için NADP+'yi bir kofaktör olarak kullanabilirler.
AKR4C16 ve AKR4C17, bitkilerin doğal evrimiyle üretilen ilk bildirilen glifosat parçalayıcı enzimlerdir. Guo Ruiting'in ekibi, glifosat parçalanmalarının moleküler mekanizmasını daha derinlemesine incelemek için, bu iki enzim ve kofaktör yüksek arasındaki ilişkiyi analiz etmek üzere X-ışını kristalografisini kullandı. Çözünürlüğün karmaşık yapısı, glifosat, NADP+ ve AKR4C17 üçlü kompleksinin bağlanma modunu ortaya koydu ve AKR4C16 ve AKR4C17 aracılı glifosat parçalanmasının katalitik reaksiyon mekanizmasını önerdi.
AKR4C17/NADP+/glifosat kompleksinin yapısı ve glifosatın bozunma reaksiyon mekanizması.
Moleküler modifikasyon glifosatın bozunma etkinliğini artırıyor.
AKR4C17/NADP+/glifosatın ince üç boyutlu yapısal modelini elde ettikten sonra, Profesör Guo Ruiting'in ekibi, enzim yapı analizi ve rasyonel tasarım yoluyla glifosatın bozunma verimliliğinde %70 artış sağlayan bir mutant protein olan AKR4C17F291D'yi elde etti.
AKR4C17 mutantlarının glifosat parçalayıcı aktivitesinin analizi.
"Çalışmamız, glifosatın bozunmasını katalize eden AKR4C16 ve AKR4C17'nin moleküler mekanizmasını ortaya koyuyor ve bu da glifosatın bozunma verimliliğini artırmak için AKR4C16 ve AKR4C17'nin daha fazla modifikasyonu için önemli bir temel oluşturuyor." Makalenin sorumlu yazarı, Hubei Üniversitesi'nden Doçent Dai Longhai, glifosat bozunma verimliliğini iyileştiren bir mutant protein olan AKR4C17F291D oluşturduklarını ve bu proteinin, düşük glifosat kalıntılı yüksek glifosat dirençli transgenik ürünler yetiştirmek ve glifosatı çevrede parçalamak için mikrobiyal mühendislik bakterileri kullanmak için önemli bir araç sağladığını söyledi.
Guo Ruiting'in ekibinin, uzun süredir çevredeki toksik ve zararlı maddelerin biyolojik bozunma enzimleri, terpenoid sentazları ve ilaç hedef proteinlerinin yapı analizi ve mekanizma tartışmaları üzerine araştırmalar yürüttüğü bildirilmektedir. Ekipteki Li Hao, yardımcı araştırmacı Yang Yu ve öğretim görevlisi Hu Yumei, makalenin eş baş yazarları, Guo Ruiting ve Dai Longhai ise eş yazarlardır.
Gönderi zamanı: 02 Haz 2022