ग्लाइफोसेट के पादप अपघटन की आणविक क्रियाविधि का खुलासा हुआ

7 लाख टन से अधिक के वार्षिक उत्पादन के साथ, ग्लाइफोसेट विश्व में सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल होने वाला और सबसे बड़ा खरपतवारनाशक है। ग्लाइफोसेट के दुरुपयोग से खरपतवारों में प्रतिरोधक क्षमता का विकास और पारिस्थितिक पर्यावरण तथा मानव स्वास्थ्य के लिए संभावित खतरे व्यापक रूप से ध्यान आकर्षित कर रहे हैं। 

29 मई को, हुबेई विश्वविद्यालय के जीवन विज्ञान संकाय और प्रांतीय एवं मंत्रालयी विभागों द्वारा संयुक्त रूप से स्थापित स्टेट की लेबोरेटरी ऑफ बायोकेटेलिसिस एंड एंजाइम इंजीनियरिंग के प्रोफेसर गुओ रुइटिंग की टीम ने जर्नल ऑफ हैज़र्डस मैटेरियल्स में अपना नवीनतम शोध पत्र प्रकाशित किया, जिसमें बार्नयार्ड ग्रास (एक घातक धान का खरपतवार) से प्राप्त एल्डो-कीटो रिडक्टेस AKR4C16 और AKR4C17 द्वारा ग्लाइफोसेट के अपघटन की प्रतिक्रिया क्रियाविधि का पहला विश्लेषण किया गया है, और आणविक संशोधन के माध्यम से AKR4C17 द्वारा ग्लाइफोसेट के अपघटन की दक्षता में काफी सुधार किया गया है।

ग्लाइफोसेट प्रतिरोधकता का बढ़ता स्तर।

1970 के दशक में इसके प्रचलन के बाद से, ग्लाइफोसेट विश्व भर में लोकप्रिय हो गया है और धीरे-धीरे सबसे सस्ता, सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला और सबसे प्रभावी ब्रॉड-स्पेक्ट्रम हर्बिसाइड बन गया है। यह पौधों में, खरपतवारों सहित, चयापचय संबंधी विकार उत्पन्न करता है, विशेष रूप से 5-एनोलपाइरुविलशिकीमेट-3-फॉस्फेट सिंथेस (ईपीएसपीएस) को बाधित करके, जो पौधों की वृद्धि और चयापचय में शामिल एक प्रमुख एंजाइम है।

इसलिए, ग्लाइफोसेट-प्रतिरोधी ट्रांसजेनिक फसलों का प्रजनन करना और खेतों में ग्लाइफोसेट का उपयोग करना आधुनिक कृषि में खरपतवारों को नियंत्रित करने का एक महत्वपूर्ण तरीका है। 

हालांकि, ग्लाइफोसेट के व्यापक उपयोग और दुरुपयोग के साथ, दर्जनों खरपतवार धीरे-धीरे विकसित हो गए हैं और उनमें ग्लाइफोसेट के प्रति उच्च सहनशीलता विकसित हो गई है।

इसके अलावा, ग्लाइफोसेट-प्रतिरोधी आनुवंशिक रूप से संशोधित फसलें ग्लाइफोसेट को विघटित नहीं कर सकती हैं, जिसके परिणामस्वरूप फसलों में ग्लाइफोसेट का संचय और स्थानांतरण होता है, जो आसानी से खाद्य श्रृंखला के माध्यम से फैल सकता है और मानव स्वास्थ्य को खतरे में डाल सकता है। 

इसलिए, ग्लाइफोसेट को विघटित करने वाले जीन की खोज करना अत्यंत आवश्यक है, ताकि कम ग्लाइफोसेट अवशेषों वाली उच्च ग्लाइफोसेट-प्रतिरोधी ट्रांसजेनिक फसलों की खेती की जा सके।

पौधों से प्राप्त ग्लाइफोसेट-अपघटनकारी एंजाइमों की क्रिस्टल संरचना और उत्प्रेरक प्रतिक्रिया तंत्र का समाधान करना

2019 में, चीनी और ऑस्ट्रेलियाई शोध टीमों ने ग्लाइफोसेट-प्रतिरोधी बार्नयार्ड घास से पहली बार दो ग्लाइफोसेट-अपघटनकारी एल्डो-कीटो रिडक्टेस, AKR4C16 और AKR4C17 की पहचान की। ये ग्लाइफोसेट को गैर-विषैले एमिनोमिथाइलफॉस्फोनिक एसिड और ग्लाइऑक्सिलिक एसिड में विघटित करने के लिए NADP+ को एक सहकारक के रूप में उपयोग कर सकते हैं।

AKR4C16 और AKR4C17 पौधों के प्राकृतिक विकास द्वारा उत्पादित पहले रिपोर्ट किए गए ग्लाइफोसेट-अपघटनकारी एंजाइम हैं। ग्लाइफोसेट के अपघटन की आणविक क्रियाविधि का और अधिक अध्ययन करने के लिए, गुओ रुइटिंग की टीम ने एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी का उपयोग करके इन दोनों एंजाइमों और कोफ़ैक्टर हाई के बीच संबंध का विश्लेषण किया। विश्लेषण की गई जटिल संरचना ने ग्लाइफोसेट, NADP+ और AKR4C17 के त्रिगुणीय कॉम्प्लेक्स के बंधन मोड को प्रकट किया और AKR4C16 और AKR4C17 द्वारा ग्लाइफोसेट के अपघटन की उत्प्रेरक अभिक्रिया क्रियाविधि का प्रस्ताव रखा।

AKR4C17/NADP+/ग्लाइफोसेट कॉम्प्लेक्स की संरचना और ग्लाइफोसेट के अपघटन की प्रतिक्रिया क्रियाविधि।

आणविक संशोधन से ग्लाइफोसेट की अपघटन दक्षता में सुधार होता है।

AKR4C17/NADP+/ग्लाइफोसेट का सटीक त्रि-आयामी संरचनात्मक मॉडल प्राप्त करने के बाद, प्रोफेसर गुओ रुइटिंग की टीम ने एंजाइम संरचना विश्लेषण और तर्कसंगत डिजाइन के माध्यम से ग्लाइफोसेट के अपघटन दक्षता में 70% की वृद्धि के साथ एक उत्परिवर्ती प्रोटीन AKR4C17F291D प्राप्त किया।

AKR4C17 म्यूटेंट की ग्लाइफोसेट-अपघटन गतिविधि का विश्लेषण।

“हमारे शोध से ग्लाइफोसेट के अपघटन को उत्प्रेरित करने वाले AKR4C16 और AKR4C17 के आणविक तंत्र का पता चलता है, जो ग्लाइफोसेट के अपघटन की दक्षता में सुधार के लिए AKR4C16 और AKR4C17 के आगे संशोधन हेतु एक महत्वपूर्ण आधार तैयार करता है।” शोध पत्र के सह-लेखक, हुबेई विश्वविद्यालय के एसोसिएट प्रोफेसर दाई लोंगहाई ने कहा कि उन्होंने बेहतर ग्लाइफोसेट अपघटन दक्षता वाले उत्परिवर्ती प्रोटीन AKR4C17F291D का निर्माण किया है, जो कम ग्लाइफोसेट अवशेषों वाली उच्च ग्लाइफोसेट-प्रतिरोधी ट्रांसजेनिक फसलों की खेती और पर्यावरण में ग्लाइफोसेट को अपघटित करने के लिए सूक्ष्मजीव इंजीनियरिंग बैक्टीरिया के उपयोग हेतु एक महत्वपूर्ण उपकरण प्रदान करता है।

बताया जाता है कि गुओ रुइटिंग की टीम पर्यावरण में मौजूद विषैले और हानिकारक पदार्थों के जैवअपघटन एंजाइमों, टेरपेनॉइड सिंथेस और औषधि लक्ष्य प्रोटीनों की संरचना विश्लेषण और क्रियाविधि पर लंबे समय से शोध कर रही है। टीम के सहयोगी शोधकर्ता ली हाओ, यांग यू और व्याख्याता हू युमेई इस शोधपत्र के सह-प्रथम लेखक हैं, जबकि गुओ रुइटिंग और दाई लोंगहाई सह-संबंधित लेखक हैं।