ग्लाइफोसेट के पौधों में अपघटन की आणविक क्रियाविधि का पता चला

700,000 टन से अधिक वार्षिक उत्पादन के साथ, ग्लाइफोसेट दुनिया में सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला और सबसे बड़ा शाकनाशी है। ग्लाइफोसेट के दुरुपयोग से उत्पन्न खरपतवार प्रतिरोध और पारिस्थितिक पर्यावरण एवं मानव स्वास्थ्य के लिए संभावित खतरों ने काफ़ी ध्यान आकर्षित किया है। 

29 मई को, हुबेई विश्वविद्यालय के स्कूल ऑफ लाइफ साइंसेज और प्रांतीय और मंत्रिस्तरीय विभागों द्वारा संयुक्त रूप से स्थापित बायोकैटेलिसिस और एंजाइम इंजीनियरिंग की राज्य कुंजी प्रयोगशाला के प्रोफेसर गुओ रुइटिंग की टीम ने खतरनाक सामग्रियों के जर्नल में नवीनतम शोध पत्र प्रकाशित किया, जिसमें बार्नयार्ड घास के पहले विश्लेषण का विश्लेषण किया गया। (एक घातक धान खरपतवार) -व्युत्पन्न एल्डो-कीटो रिडक्टेस AKR4C16 और AKR4C17 ग्लाइफोसेट क्षरण की प्रतिक्रिया तंत्र को उत्प्रेरित करते हैं, और आणविक संशोधन के माध्यम से AKR4C17 द्वारा ग्लाइफोसेट की गिरावट दक्षता में काफी सुधार करते हैं।

ग्लाइफोसेट प्रतिरोध बढ़ रहा है।

1970 के दशक में अपनी शुरुआत के बाद से, ग्लाइफोसेट दुनिया भर में लोकप्रिय रहा है और धीरे-धीरे सबसे सस्ता, सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला और सबसे अधिक उत्पादक व्यापक-स्पेक्ट्रम शाकनाशी बन गया है। यह पौधों में, खरपतवारों सहित, चयापचय संबंधी विकार पैदा करता है, क्योंकि यह विशेष रूप से 5-एनोलपाइरुविलशिकिमेट-3-फॉस्फेट सिंथेज़ (EPSPS) को बाधित करता है, जो पौधों की वृद्धि और चयापचय में शामिल एक प्रमुख एंजाइम है। यह पौधों की मृत्यु का कारण भी बनता है।

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

हालांकि, ग्लाइफोसेट के व्यापक उपयोग और दुरुपयोग के कारण, 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, ऐसे जीन की खोज करना अत्यावश्यक है जो ग्लाइफोसेट को विघटित कर सकें, ताकि कम ग्लाइफोसेट अवशेषों के साथ उच्च ग्लाइफोसेट प्रतिरोधी ट्रांसजेनिक फसलों की खेती की जा सके।

पादप-व्युत्पन्न ग्लाइफोसेट-अपघटनकारी एंजाइमों की क्रिस्टल संरचना और उत्प्रेरक प्रतिक्रिया तंत्र का समाधान

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

AKR4C16 और AKR4C17, पौधों के प्राकृतिक विकास द्वारा उत्पन्न ग्लाइफोसेट-अपघटनकारी एंजाइमों में से पहले ज्ञात हैं। ग्लाइफोसेट के अपघटन की आणविक क्रियाविधि का और अधिक अध्ययन करने के लिए, गुओ रुटिंग की टीम ने इन दोनों एंजाइमों और उच्च सहकारक के बीच संबंध का विश्लेषण करने के लिए एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी का उपयोग किया। विभेदन की जटिल संरचना ने ग्लाइफोसेट, NADP+ और AKR4C17 के त्रिगुण संकुल के बंधन विधि का खुलासा किया, और AKR4C16 तथा AKR4C17-मध्यस्थ ग्लाइफोसेट अपघटन की उत्प्रेरक प्रतिक्रिया क्रियाविधि का प्रस्ताव दिया।

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

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

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

AKR4C17 म्यूटेंट की ग्लाइफोसेट-अपघटन गतिविधि का विश्लेषण।

"हमारा काम AKR4C16 और AKR4C17 के ग्लाइफोसेट के विघटन को उत्प्रेरित करने के आणविक तंत्र को उजागर करता है, जो AKR4C16 और AKR4C17 के आगे संशोधन के लिए एक महत्वपूर्ण आधार प्रदान करता है ताकि ग्लाइफोसेट के विघटन की उनकी क्षमता में सुधार हो सके।" पेपर के संबंधित लेखक, हुबेई विश्वविद्यालय के एसोसिएट प्रोफेसर दाई लोंगहाई ने कहा कि उन्होंने बेहतर ग्लाइफोसेट विघटन क्षमता के साथ एक उत्परिवर्ती प्रोटीन AKR4C17F291D का निर्माण किया, जो कम ग्लाइफोसेट अवशेषों के साथ उच्च ग्लाइफोसेट प्रतिरोधी ट्रांसजेनिक फसलों की खेती और पर्यावरण में ग्लाइफोसेट को विघटित करने के लिए माइक्रोबियल इंजीनियरिंग बैक्टीरिया का उपयोग करने के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण प्रदान करता है।

बताया गया है कि गुओ रुइटिंग की टीम लंबे समय से पर्यावरण में विषाक्त और हानिकारक पदार्थों के जैव-निम्नीकरण एंजाइमों, टेरपेनॉइड सिंथेज़ और औषधि लक्ष्य प्रोटीनों की संरचना विश्लेषण और क्रियाविधि चर्चा पर शोध में लगी हुई है। टीम में ली हाओ, सहयोगी शोधकर्ता यांग यू और व्याख्याता हू युमेई इस शोधपत्र के सह-प्रथम लेखक हैं, और गुओ रुइटिंग और दाई लोंगहाई सह-संबंधित लेखक हैं।