ग्लायफोसेटच्या वनस्पती क्षयाची आण्विक यंत्रणा उघड झाली

७००,००० टनांपेक्षा जास्त वार्षिक उत्पादनासह, ग्लायफोसेट हे जगातील सर्वात जास्त वापरले जाणारे आणि सर्वात मोठे तणनाशक आहे. ग्लायफोसेटच्या गैरवापरामुळे तणांचा प्रतिकार आणि पर्यावरणीय पर्यावरण आणि मानवी आरोग्यासाठी संभाव्य धोके याकडे खूप लक्ष वेधले गेले आहे. 

२९ मे रोजी, हुबेई विद्यापीठाच्या स्कूल ऑफ लाईफ सायन्सेस आणि प्रांतीय आणि मंत्री विभागांनी संयुक्तपणे स्थापन केलेल्या स्टेट की लॅबोरेटरी ऑफ बायोकॅटॅलिसिस अँड एन्झाइम इंजिनिअरिंगमधील प्रोफेसर गुओ रुइटिंग यांच्या टीमने जर्नल ऑफ हॅझार्डस मटेरियल्समध्ये नवीनतम संशोधन पत्र प्रकाशित केले, ज्यामध्ये बार्नयार्ड गवताचे पहिले विश्लेषण केले गेले. (एक घातक भात तण)-व्युत्पन्न अल्डो-केटो रिडक्टेस AKR4C16 आणि AKR4C17 ग्लायफोसेटच्या ऱ्हासाच्या प्रतिक्रिया यंत्रणेला उत्प्रेरित करतात आणि आण्विक बदलाद्वारे AKR4C17 द्वारे ग्लायफोसेटच्या ऱ्हास कार्यक्षमतेत मोठ्या प्रमाणात सुधारणा करतात.

ग्लायफोसेट प्रतिकार वाढणे.

१९७० च्या दशकात त्याची ओळख झाल्यापासून, ग्लायफोसेट जगभरात लोकप्रिय झाले आहे आणि हळूहळू ते सर्वात स्वस्त, सर्वाधिक वापरले जाणारे आणि सर्वात उत्पादक ब्रॉड-स्पेक्ट्रम तणनाशक बनले आहे. ते वनस्पतींच्या वाढीमध्ये आणि चयापचयात सहभागी असलेले एक प्रमुख एंजाइम ५-एनोलपायरुविलशिकिमेट-३-फॉस्फेट सिंथेस (EPSPS) आणि मृत्यूमध्ये सहभागी असलेल्या 5-एनोलपायरुविलशिकिमेट-३-फॉस्फेट सिंथेस (EPSPS) ला विशेषतः प्रतिबंधित करून वनस्पतींमध्ये, तणांसह, चयापचय विकारांना कारणीभूत ठरते.

म्हणूनच, आधुनिक शेतीमध्ये तण नियंत्रणासाठी ग्लायफोसेट-प्रतिरोधक ट्रान्सजेनिक पिकांचे प्रजनन करणे आणि शेतात ग्लायफोसेटचा वापर करणे हा एक महत्त्वाचा मार्ग आहे. 

तथापि, ग्लायफोसेटच्या व्यापक वापर आणि गैरवापरामुळे, डझनभर तण हळूहळू विकसित झाले आहेत आणि उच्च ग्लायफोसेट सहनशीलता विकसित केली आहे.

याव्यतिरिक्त, ग्लायफोसेट-प्रतिरोधक अनुवांशिकरित्या सुधारित पिके ग्लायफोसेटचे विघटन करू शकत नाहीत, परिणामी पिकांमध्ये ग्लायफोसेटचे संचय आणि हस्तांतरण होते, जे अन्नसाखळीतून सहजपणे पसरू शकते आणि मानवी आरोग्यास धोका निर्माण करू शकते. 

म्हणूनच, कमी ग्लायफोसेट अवशेषांसह उच्च ग्लायफोसेट-प्रतिरोधक ट्रान्सजेनिक पिकांची लागवड करण्यासाठी ग्लायफोसेटचे विघटन करू शकणारे जनुके शोधणे तातडीचे आहे.

वनस्पती-व्युत्पन्न ग्लायफोसेट-क्षय करणाऱ्या एन्झाईम्सच्या क्रिस्टल स्ट्रक्चर आणि उत्प्रेरक प्रतिक्रिया यंत्रणेचे निराकरण करणे

२०१९ मध्ये, चिनी आणि ऑस्ट्रेलियन संशोधन पथकांनी ग्लायफोसेट-प्रतिरोधक बार्नयार्ड गवतापासून प्रथमच दोन ग्लायफोसेट-विघटन करणारे अल्डो-केटो रिडक्टेसेस, AKR4C16 आणि AKR4C17 ओळखले. ते ग्लायफोसेटचे विषारी नसलेले अमिनोमेथिलफॉस्फोनिक अॅसिड आणि ग्लायऑक्सिलिक अॅसिडमध्ये रूपांतर करण्यासाठी सहघटक म्हणून NADP+ वापरू शकतात.

AKR4C16 आणि AKR4C17 हे वनस्पतींच्या नैसर्गिक उत्क्रांतीद्वारे तयार केलेले पहिले नोंदवलेले ग्लायफोसेट-डिग्रेडिंग एंजाइम आहेत. ग्लायफोसेटच्या त्यांच्या डिग्रेडेशनच्या आण्विक यंत्रणेचा अधिक शोध घेण्यासाठी, गुओ रुइटिंगच्या टीमने या दोन एन्झाईम्स आणि सह-घटक उच्च यांच्यातील संबंधांचे विश्लेषण करण्यासाठी एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफीचा वापर केला. रिझोल्यूशनच्या जटिल रचनेमुळे ग्लायफोसेट, NADP+ आणि AKR4C17 च्या टर्नरी कॉम्प्लेक्सची बंधनकारक पद्धत उघड झाली आणि AKR4C16 आणि AKR4C17-मध्यस्थ ग्लायफोसेट डिग्रेडेशनची उत्प्रेरक प्रतिक्रिया यंत्रणा प्रस्तावित केली.

AKR4C17/NADP+/ग्लायफोसेट कॉम्प्लेक्सची रचना आणि ग्लायफोसेटच्या ऱ्हासाची प्रतिक्रिया यंत्रणा.

आण्विक बदल ग्लायफोसेटची क्षय कार्यक्षमता सुधारतो.

AKR4C17/NADP+/glyphosate चे बारीक त्रिमितीय संरचनात्मक मॉडेल प्राप्त केल्यानंतर, प्राध्यापक गुओ रुइटिंग यांच्या टीमने एंजाइम संरचना विश्लेषण आणि तर्कसंगत डिझाइनद्वारे ग्लायफोसेटच्या क्षय कार्यक्षमतेत 70% वाढ करून उत्परिवर्ती प्रथिने AKR4C17F291D प्राप्त केले.

AKR4C17 उत्परिवर्तींच्या ग्लायफोसेट-क्षयकारक क्रियाकलापांचे विश्लेषण.

"आमचे काम AKR4C16 आणि AKR4C17 च्या आण्विक यंत्रणेचा खुलासा करते जे ग्लायफोसेटच्या ऱ्हासाचे उत्प्रेरक आहे, जे ग्लायफोसेटच्या ऱ्हासाची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी AKR4C16 आणि AKR4C17 च्या पुढील सुधारणांसाठी एक महत्त्वाचा पाया घालते." पेपरचे संबंधित लेखक, हुबेई विद्यापीठाचे असोसिएट प्रोफेसर दाई लोंगहाई म्हणाले की त्यांनी सुधारित ग्लायफोसेट ऱ्हास कार्यक्षमतेसह एक उत्परिवर्ती प्रथिने AKR4C17F291D तयार केले आहे, जे कमी ग्लायफोसेट अवशेषांसह उच्च ग्लायफोसेट-प्रतिरोधक ट्रान्सजेनिक पिकांची लागवड करण्यासाठी आणि वातावरणात ग्लायफोसेटचे ऱ्हास करण्यासाठी सूक्ष्मजीव अभियांत्रिकी बॅक्टेरिया वापरण्यासाठी एक महत्त्वाचे साधन प्रदान करते.

असे वृत्त आहे की गुओ रुइटिंगची टीम पर्यावरणातील विषारी आणि हानिकारक पदार्थांच्या बायोडिग्रेडेशन एन्झाईम्स, टेरपेनॉइड सिंथेसेस आणि ड्रग टार्गेट प्रथिनांच्या संरचना विश्लेषण आणि यंत्रणेच्या चर्चेवर दीर्घकाळ संशोधन करत आहे. टीममधील ली हाओ, सहयोगी संशोधक यांग यू आणि व्याख्याते हू युमेई हे पेपरचे सह-प्रथम लेखक आहेत आणि गुओ रुइटिंग आणि दाई लोंगहाई हे सह-संबंधित लेखक आहेत.