Avec une production annuelle de plus de 700 000 tonnes, le glyphosate est l'herbicide le plus utilisé et le plus répandu au monde. La résistance des mauvaises herbes et les menaces potentielles pour l'environnement et la santé humaine causées par l'abus de glyphosate suscitent une attention particulière.
Le 29 mai, l'équipe du professeur Guo Ruiting du Laboratoire national clé de biocatalyse et d'ingénierie enzymatique, créé conjointement par l'École des sciences de la vie de l'Université du Hubei et les départements provinciaux et ministériels, a publié le dernier article de recherche dans le Journal of Hazardous Materials, analysant la première analyse de l'herbe de basse-cour. (Une mauvaise herbe maligne du riz)-aldo-céto réductase AKR4C16 et AKR4C17 catalysent le mécanisme de réaction de la dégradation du glyphosate et améliorent considérablement l'efficacité de la dégradation du glyphosate par AKR4C17 grâce à une modification moléculaire.
Résistance croissante au glyphosate.
Depuis son introduction dans les années 1970, le glyphosate est populaire dans le monde entier et est progressivement devenu l'herbicide à large spectre le moins cher, le plus utilisé et le plus efficace. Il provoque des troubles métaboliques chez les plantes, y compris les mauvaises herbes, en inhibant spécifiquement la 5-énolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS), une enzyme clé impliquée dans la croissance et le métabolisme des plantes. et la mort.
Par conséquent, la sélection de cultures transgéniques résistantes au glyphosate et l’utilisation du glyphosate sur le terrain constituent un moyen important de lutter contre les mauvaises herbes dans l’agriculture moderne.
Cependant, avec l’utilisation et l’abus généralisés du glyphosate, des dizaines de mauvaises herbes ont progressivement évolué et développé une tolérance élevée au glyphosate.
De plus, les cultures génétiquement modifiées résistantes au glyphosate ne peuvent pas décomposer le glyphosate, ce qui entraîne l’accumulation et le transfert du glyphosate dans les cultures, ce qui peut facilement se propager dans la chaîne alimentaire et mettre en danger la santé humaine.
Il est donc urgent de découvrir des gènes capables de dégrader le glyphosate, afin de cultiver des cultures transgéniques hautement résistantes au glyphosate et contenant peu de résidus de glyphosate.
Résoudre la structure cristalline et le mécanisme de réaction catalytique des enzymes de dégradation du glyphosate d'origine végétale
En 2019, des équipes de recherche chinoises et australiennes ont identifié pour la première fois deux aldo-céto-réductases dégradant le glyphosate, AKR4C16 et AKR4C17, issues de l'échinochloa pied-de-coq résistante au glyphosate. Elles peuvent utiliser le NADP+ comme cofacteur pour dégrader le glyphosate en acide aminométhylphosphonique et en acide glyoxylique non toxiques.
AKR4C16 et AKR4C17 sont les premières enzymes dégradant le glyphosate produites par l'évolution naturelle des plantes. Afin d'explorer plus en détail le mécanisme moléculaire de leur dégradation, l'équipe de Guo Ruiting a utilisé la cristallographie aux rayons X pour analyser la relation entre ces deux enzymes et le cofacteur high. La structure complexe de la résolution a révélé le mode de liaison du complexe ternaire glyphosate-NADP+-AKR4C17, et a proposé le mécanisme de réaction catalytique de la dégradation du glyphosate médiée par AKR4C16 et AKR4C17.
Structure du complexe AKR4C17/NADP+/glyphosate et mécanisme réactionnel de dégradation du glyphosate.
La modification moléculaire améliore l’efficacité de dégradation du glyphosate.
Après avoir obtenu le modèle structurel tridimensionnel fin d'AKR4C17/NADP+/glyphosate, l'équipe du professeur Guo Ruiting a en outre obtenu une protéine mutante AKR4C17F291D avec une augmentation de 70 % de l'efficacité de dégradation du glyphosate grâce à une analyse de la structure enzymatique et une conception rationnelle.
Analyse de l'activité de dégradation du glyphosate des mutants AKR4C17.
Français « Notre travail révèle le mécanisme moléculaire d'AKR4C16 et d'AKR4C17 catalysant la dégradation du glyphosate, ce qui pose une base importante pour la modification ultérieure d'AKR4C16 et d'AKR4C17 afin d'améliorer leur efficacité de dégradation du glyphosate. » L'auteur correspondant de l'article, le professeur associé Dai Longhai de l'Université du Hubei, a déclaré qu'ils ont construit une protéine mutante AKR4C17F291D avec une efficacité de dégradation du glyphosate améliorée, qui fournit un outil important pour cultiver des cultures transgéniques hautement résistantes au glyphosate avec de faibles résidus de glyphosate et utiliser des bactéries d'ingénierie microbienne pour dégrader le glyphosate dans l'environnement.
Il semblerait que l'équipe de Guo Ruiting mène depuis longtemps des recherches sur l'analyse structurale et l'analyse des mécanismes des enzymes de biodégradation, des terpénoïdes synthases et des protéines cibles de substances toxiques et nocives présentes dans l'environnement. Li Hao, Yang Yu, chercheur associé, et Hu Yumei, maître de conférences, sont les co-auteurs principaux de l'article, tandis que Guo Ruiting et Dai Longhai sont les co-auteurs correspondants.
Date de publication : 02/06/2022