Բացահայտվել է գլիֆոսատի բույսերում քայքայման մոլեկուլային մեխանիզմը

Տարեկան ավելի քան 700,000 տոննա արտադրանքով գլիֆոսատը աշխարհում ամենատարածված և ամենամեծ քանակությամբ օգտագործվող մոլախոտերի դեմ պայքարի միջոցն է։ Մեծ ուշադրություն են գրավել մոլախոտերի նկատմամբ դիմադրողականությունը և գլիֆոսատի չարաշահման հետևանքով էկոլոգիական միջավայրին ու մարդու առողջությանը սպառնացող հնարավոր սպառնալիքները։ 

Մայիսի 29-ին, պրոֆեսոր Գուո Ռուիտինգի՝ Հուբեյի համալսարանի կենսաբանական գիտությունների դպրոցի և նահանգային ու նախարարական վարչությունների կողմից համատեղ ստեղծված Կենսաքատալիզի և ֆերմենտային ճարտարագիտության պետական ​​գլխավոր լաբորատորիայի թիմը հրապարակեց «Վտանգավոր նյութերի հանդես» ամսագրում վերջին հետազոտական ​​հոդվածը, որը վերլուծում է ագարակային խոտի (չարորակ բրնձի մոլախոտ) առաջին վերլուծությունը: AKR4C16-ը և AKR4C17-ը կատալիզացնում են գլիֆոսատի քայքայման ռեակցիայի մեխանիզմը և մոլեկուլային մոդիֆիկացիայի միջոցով զգալիորեն բարելավում են գլիֆոսատի քայքայման արդյունավետությունը AKR4C17-ի միջոցով:

Գլիֆոսատի նկատմամբ դիմադրության աճը։

1970-ականներին իր ներդրումից ի վեր գլիֆոսատը լայն տարածում է գտել ամբողջ աշխարհում և աստիճանաբար դարձել է ամենաէժան, ամենատարածված և ամենաարդյունավետ լայն սպեկտրի մոլախոտերի դեմ պայքարի միջոցը։ Այն բույսերի, այդ թվում՝ մոլախոտերի մոտ նյութափոխանակության խանգարումներ է առաջացնում՝ հատուկ կերպով արգելակելով 5-ենոլպիրուվիլշիկիմատ-3-ֆոսֆատ սինթազին (EPSPS), որը բույսերի աճի և նյութափոխանակության մեջ ներգրավված հիմնական ֆերմենտ է, ինչպես նաև՝ մահվան։

Հետևաբար, գլիֆոսատ-դիմացկուն տրանսգենային մշակաբույսերի բուծումը և գլիֆոսատի օգտագործումը դաշտում ժամանակակից գյուղատնտեսությունում մոլախոտերի վերահսկման կարևոր միջոց է։ 

Սակայն, գլիֆոսատի լայնորեն օգտագործման և չարաշահման հետ մեկտեղ, տասնյակ մոլախոտեր աստիճանաբար զարգացել են և զարգացրել գլիֆոսատի նկատմամբ բարձր դիմադրողականություն։

Բացի այդ, գլիֆոսատի նկատմամբ կայուն գենետիկորեն մոդիֆիկացված մշակաբույսերը չեն կարող քայքայել գլիֆոսատը, ինչի արդյունքում գլիֆոսատը կուտակվում և փոխանցվում է մշակաբույսերում, որը կարող է հեշտությամբ տարածվել սննդային շղթայով և վտանգել մարդու առողջությունը։ 

Հետևաբար, հրատապ է հայտնաբերել գլիֆոսատը քայքայող գեները, որպեսզի մշակվեն գլիֆոսատի նկատմամբ բարձր դիմադրողականությամբ տրանսգենային մշակաբույսեր՝ գլիֆոսատի ցածր մնացորդներով։

Բույսերից ստացված գլիֆոսատ քայքայող ֆերմենտների բյուրեղային կառուցվածքի և կատալիտիկ ռեակցիայի մեխանիզմի լուծումը

2019 թվականին չինական և ավստրալիական հետազոտական ​​խմբերը գլիֆոսատ-դիմացկուն խոտածածկույթից առաջին անգամ նույնականացրին գլիֆոսատ քայքայող երկու ալդո-կետո ռեդուկտազներ՝ AKR4C16-ը և AKR4C17-ը: Նրանք կարող են օգտագործել NADP+-ը որպես կոֆակտոր՝ գլիֆոսատը ոչ թունավոր ամինոմեթիլֆոսֆոնաթթվի և գլիօքսիլաթթվի քայքայելու համար:

AKR4C16-ը և AKR4C17-ը բույսերի բնական էվոլյուցիայի միջոցով առաջացած գլիֆոսատ քայքայող առաջին ֆերմենտներն են, որոնք հայտնաբերվել են։ Գլիֆոսատի քայքայման մոլեկուլային մեխանիզմը հետագայում ուսումնասիրելու համար Գուո Ռուիտինգի թիմը օգտագործել է ռենտգենյան բյուրեղագրություն՝ այս երկու ֆերմենտների և կոֆակտորի բարձր մակարդակի միջև կապը վերլուծելու համար։ Բանաձևի բարդ կառուցվածքը բացահայտել է գլիֆոսատի եռակի կոմպլեքսի՝ NADP+-ի և AKR4C17-ի կապման եղանակը և առաջարկել է AKR4C16-ի և AKR4C17-ի միջնորդությամբ գլիֆոսատի քայքայման կատալիտիկ ռեակցիայի մեխանիզմը։

AKR4C17/NADP+/գլիֆոսատ համալիրի կառուցվածքը և գլիֆոսատի քայքայման ռեակցիայի մեխանիզմը։

Մոլեկուլային մոդիֆիկացիան բարելավում է գլիֆոսատի քայքայման արդյունավետությունը։

AKR4C17/NADP+/գլիֆոսատի նուրբ եռաչափ կառուցվածքային մոդելը ստանալուց հետո, պրոֆեսոր Գուո Ռուիտինգի թիմը հետագայում ստացավ AKR4C17F291D մուտանտ սպիտակուց, որի դեպքում գլիֆոսատի քայքայման արդյունավետությունը 70%-ով աճել է՝ ֆերմենտային կառուցվածքի վերլուծության և ռացիոնալ նախագծման միջոցով։

AKR4C17 մուտանտների գլիֆոսատի քայքայման ակտիվության վերլուծություն։

«Մեր աշխատանքը բացահայտում է AKR4C16-ի և AKR4C17-ի մոլեկուլային մեխանիզմը, որը կատալիզացնում է գլիֆոսատի քայքայումը, ինչը կարևոր հիմք է հանդիսանում AKR4C16-ի և AKR4C17-ի հետագա մոդիֆիկացիայի համար՝ գլիֆոսատի քայքայման արդյունավետությունը բարելավելու համար»։ Հոդվածի համապատասխան հեղինակ, Հուբեյի համալսարանի դոցենտ Դայ Լոնգհայը նշել է, որ նրանք ստեղծել են AKR4C17F291D մուտանտ սպիտակուց՝ գլիֆոսատի քայքայման բարելավված արդյունավետությամբ, որը կարևոր գործիք է գլիֆոսատի նկատմամբ բարձր դիմադրողականությամբ տրանսգենային մշակաբույսեր մշակելու և գլիֆոսատի ցածր մնացորդներով միկրոբային ինժեներական մանրէներ օգտագործելու համար շրջակա միջավայրում գլիֆոսատը քայքայելու համար։

Հաղորդվում է, որ Գուո Ռուիտինգի թիմը վաղուց է զբաղվում կենսաքայքայման ֆերմենտների, տերպենոիդ սինթազների և շրջակա միջավայրում թունավոր և վնասակար նյութերի դեղերի թիրախային սպիտակուցների կառուցվածքի վերլուծության և մեխանիզմների քննարկման հետազոտություններով: Լի Հաոն, թիմի անդամներ՝ դոցենտ Յանգ Յուն և դասախոս Հու Յումեյը, հոդվածի համահեղինակներն են, իսկ Գուո Ռուիտինգը և Դայ Լոնգհայը՝ համահեղինակներ: