Avec une production annuelle de plus de 700 000 tonnes, le glyphosate est l’herbicide le plus utilisé et le plus important au monde.La résistance des mauvaises herbes et les menaces potentielles pour l’environnement écologique et la santé humaine causées par l’abus de glyphosate ont attiré une grande attention.
Le 29 mai, l'équipe du professeur Guo Ruiting du Laboratoire clé d'État 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 document de recherche dans le Journal of Hazardous Materials, analysant la première analyse du pied-de-coq.(Une mauvaise herbe maligne du paddy) dérivées de l'aldo-céto réductase AKR4C16 et AKR4C17 catalysent le mécanisme de réaction de 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 largement utilisé et le plus productif.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 son accumulation et son transfert 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 de faibles résidus de glyphosate.
Résoudre la structure cristalline et le mécanisme de réaction catalytique des enzymes dégradant le 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, à partir de pied-de-coq résistant au glyphosate.Ils 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 davantage le mécanisme moléculaire de leur dégradation du glyphosate, l'équipe de Guo Ruiting a utilisé la cristallographie aux rayons X pour analyser la relation entre ces deux enzymes et le cofacteur élevé.La structure complexe de la résolution a révélé le mode de liaison du complexe ternaire du glyphosate, NADP+ et 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 de 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 l'analyse de la structure enzymatique et à une conception rationnelle.
Analyse de l'activité de dégradation du glyphosate des mutants AKR4C17.
"Notre travail révèle le mécanisme moléculaire de l'AKR4C16 et de l'AKR4C17 catalysant la dégradation du glyphosate, ce qui constitue une base importante pour la modification ultérieure de l'AKR4C16 et de l'AKR4C17 afin d'améliorer leur efficacité de dégradation du glyphosate."L'auteur correspondant de l'article, le professeur agrégé Dai Longhai de l'Université du Hubei, a déclaré avoir construit une protéine mutante AKR4C17F291D avec une efficacité améliorée de dégradation du glyphosate, 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 est rapporté que l'équipe de Guo Ruiting est engagée depuis longtemps dans la recherche sur l'analyse de la structure et la discussion des mécanismes des enzymes de biodégradation, des synthases de terpénoïdes et des protéines cibles des médicaments des substances toxiques et nocives dans l'environnement.Li Hao, le chercheur associé Yang Yu et le conférencier Hu Yumei de l'équipe sont les co-premiers auteurs de l'article, et Guo Ruiting et Dai Longhai sont les co-auteurs correspondants.
Heure de publication : 02 juin 2022