ग्लाइफोसेट के पौधों में अपघटन की आणविक क्रियाविधि का पता चला

700,000 टन से अधिक के वार्षिक उत्पादन के साथ, ग्लाइफोसेट दुनिया में सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला और सबसे बड़ा शाकनाशी है। ग्लाइफोसेट के दुरुपयोग के कारण खरपतवार प्रतिरोध और पारिस्थितिकी पर्यावरण और मानव स्वास्थ्य के लिए संभावित खतरों ने बहुत 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 रूटिंग की टीम ने खतरनाक सामग्रियों के जर्नल में नवीनतम शोध पत्र प्रकाशित किया, जिसमें बार्नयार्ड घास का पहला 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 इसकी शुरूआत के बाद से, ग्लाइफोसेट पूरी दुनिया 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 चयापचय संबंधी विकार पैदा करता है, जिसमें खरपतवार भी शामिल हैं, विशेष रूप से 5-एनोलपाइरुविलशिकिमेट-3-फॉस्फेट सिंथेस (ईपीएसपीएस) को बाधित करके, जो पौधे की वृद्धि और चयापचय में शामिल एक प्रमुख एंजाइम है। और मृत्यु।

इसलिए, ग्लाइफोसेट-प्रतिरोधी ट्रांसजेनिक फसलों का प्रजनन और खेतों 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 हुए 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।

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

2019 में, चीनी और ऑस्ट्रेलियाई शोध टीमों ने ग्लाइफोसेट-प्रतिरोधी बार्नयार्ड घास से पहली बार दो ग्लाइफोसेट-डिग्रेडिंग एल्डो-कीटो रिडक्टेस, AKR4C16 और AKR4C17 की पहचान की। वे ग्लाइफोसेट को गैर विषैले अमीनोमेथिलफॉस्फोनिक एसिड और ग्लाइऑक्सीलिक 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 ग्लाइफोसेट-अपघटन एंजाइमों में से पहले बताए गए हैं। ग्लाइफोसेट के अपघटन के आणविक तंत्र का और अधिक पता लगाने के लिए, गुओ रूटिंग की टीम ने इन दो एंजाइमों और कोफ़ैक्टर उच्च के बीच संबंधों का विश्लेषण करने के लिए एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी का उपयोग किया। संकल्प की जटिल संरचना ने ग्लाइफोसेट, NADP+ और AKR4C17 के त्रिगुण परिसर के बंधन मोड का खुलासा किया, और AKR4C16 और AKR4C17-मध्यस्थ ग्लाइफोसेट अपघटन की उत्प्रेरक प्रतिक्रिया तंत्र का प्रस्ताव दिया।

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

आणविक संशोधन से ग्लाइफोसेट की विघटन 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 के विघटन 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 प्रकट करता है, जो AKR4C16 और AKR4C17 के आगे संशोधन के लिए एक महत्वपूर्ण आधार तैयार 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 है, 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 रूटिंग की टीम लंबे समय से पर्यावरण में विषाक्त और हानिकारक पदार्थों के बायोडिग्रेडेशन एंजाइम, टेरपेनोइड सिंथेस और ड्रग टारगेट प्रोटीन की संरचना विश्लेषण और तंत्र चर्चा पर शोध में लगी हुई है। टीम में ली हाओ, सहयोगी शोधकर्ता यांग यू और व्याख्याता हू यूमेई इस पेपर के सह-प्रथम लेखक हैं, और गुओ रूटिंग और दाई लोंगहाई सह-संबंधित लेखक हैं।