Yıllık 700.000 tondan fazla üretimle glifosat, dünyada en yaygın kullanılan ve en büyük herbisittir. Yabancı otlarda direnç oluşması ve glifosatın kötüye kullanımının ekolojik çevreye ve insan sağlığına yönelik potansiyel tehditleri büyük ilgi çekmiştir.
29 Mayıs'ta, Hubei Üniversitesi Yaşam Bilimleri Fakültesi ile il ve bakanlık departmanlarının ortaklaşa kurduğu Biyokataliz ve Enzim Mühendisliği Devlet Anahtar Laboratuvarı'ndan Profesör Guo Ruiting'in ekibi, tehlikeli maddeler dergisinde (Journal of Hazardous Materials) en son araştırma makalesini yayınladı. Makalede, yabani ot (zararlı bir pirinç otu) kaynaklı aldo-keto redüktaz AKR4C16 ve AKR4C17'nin glifosat bozunma reaksiyon mekanizmasını katalize ettiği ve AKR4C17'nin moleküler modifikasyon yoluyla glifosat bozunma verimliliğini önemli ölçüde artırdığı analiz edildi.
Glifosat direncinde artış.
1970'lerde piyasaya sürülmesinden bu yana, glifosat tüm dünyada popüler hale geldi ve giderek en ucuz, en yaygın kullanılan ve en etkili geniş spektrumlu herbisit oldu. Bitkilerde, özellikle de yabani otlarda, bitki büyümesi ve metabolizmasında rol oynayan önemli bir enzim olan 5-enolpiruvilşimat-3-fosfat sentazı (EPSPS) inhibe ederek metabolik bozukluklara ve ölüme neden olur.
Bu nedenle, glifosata dirençli transgenik bitkilerin yetiştirilmesi ve tarlalarda glifosat kullanımı, modern tarımda yabancı otları kontrol etmenin önemli bir yoludur.
Ancak, glifosatın yaygın kullanımı ve kötüye kullanımıyla birlikte, düzinelerce yabani ot türü zamanla evrim geçirerek yüksek glifosat toleransı geliştirdi.
Ayrıca, glifosata dirençli genetiği değiştirilmiş bitkiler glifosatı parçalayamaz, bu da bitkilerde glifosatın birikmesine ve aktarılmasına neden olur; bu da gıda zinciri yoluyla kolayca yayılabilir ve insan sağlığını tehlikeye atabilir.
Bu nedenle, düşük glifosat kalıntısı içeren ve yüksek glifosat direncine sahip transgenik bitkiler yetiştirmek için glifosatı parçalayabilen genlerin keşfedilmesi acil bir ihtiyaçtır.
Bitkisel kaynaklı glifosat parçalayıcı enzimlerin kristal yapısının ve katalitik reaksiyon mekanizmasının çözümlenmesi
2019 yılında Çinli ve Avustralyalı araştırma ekipleri, glifosata dirençli yabani otlardan ilk kez iki glifosat parçalayıcı aldo-keto redüktaz olan AKR4C16 ve AKR4C17'yi tanımladı. Bu enzimler, glifosatı toksik olmayan aminometilfosfonik asit ve glioksilik aside dönüştürmek için NADP+'yı kofaktör olarak kullanabiliyor.
AKR4C16 ve AKR4C17, bitkilerin doğal evrimiyle üretilen ilk glifosat parçalayıcı enzimlerdir. Glifosatın parçalanmasının moleküler mekanizmasını daha ayrıntılı incelemek için Guo Ruiting'in ekibi, bu iki enzim ve kofaktör yüksekliği arasındaki ilişkiyi analiz etmek üzere X-ışını kristalografisi kullandı. Çözünürlükteki kompleks yapı, glifosat, NADP+ ve AKR4C17'nin üçlü kompleksinin bağlanma şeklini ortaya çıkardı ve AKR4C16 ve AKR4C17 aracılı glifosat parçalanmasının katalitik reaksiyon mekanizmasını önerdi.
AKR4C17/NADP+/glifosat kompleksinin yapısı ve glifosat bozunma reaksiyon mekanizması.
Moleküler modifikasyon, glifosatın parçalanma verimliliğini artırır.
Profesör Guo Ruiting'in ekibi, AKR4C17/NADP+/glifosatın ince üç boyutlu yapısal modelini elde ettikten sonra, enzim yapısı analizi ve rasyonel tasarım yoluyla glifosatın parçalanma verimliliğinde %70 artış sağlayan mutant bir protein olan AKR4C17F291D'yi elde etti.
AKR4C17 mutantlarının glifosat parçalama aktivitesinin analizi.
Hubei Üniversitesi'nden Doçent Dai Longhai, makalenin baş yazarı olarak yaptığı açıklamada, "Çalışmamız, AKR4C16 ve AKR4C17'nin glifosatın parçalanmasını katalize eden moleküler mekanizmasını ortaya koyuyor ve bu da AKR4C16 ve AKR4C17'nin glifosat parçalanma verimliliğini artırmak için daha fazla modifikasyonu için önemli bir temel oluşturuyor." dedi. Ayrıca, glifosat parçalanma verimliliği artırılmış mutant bir protein olan AKR4C17F291D'yi oluşturduklarını ve bunun, düşük glifosat kalıntılarına sahip yüksek glifosat dirençli transgenik bitkilerin yetiştirilmesi ve mikrobiyal mühendislik bakterilerinin çevredeki glifosatı parçalaması için önemli bir araç sağladığını belirtti.
Guo Ruiting'in ekibinin uzun süredir çevredeki zehirli ve zararlı maddelerin biyolojik bozunma enzimleri, terpenoid sentazları ve ilaç hedef proteinlerinin yapı analizi ve mekanizma tartışması üzerine araştırmalar yaptığı bildiriliyor. Ekipte yer alan Li Hao, yardımcı araştırmacı Yang Yu ve öğretim görevlisi Hu Yumei makalenin eş birinci yazarları, Guo Ruiting ve Dai Longhai ise eş sorumlu yazarlarıdır.
Yayın tarihi: 02-06-2022