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草甘膦年產(chǎn)量超70萬噸，是全球應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的除草劑。然而草甘膦濫用會產(chǎn)生雜草耐藥性，并對生態(tài)環(huán)境和人類健康產(chǎn)生潛在威脅。日前，湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、省部共建生物催化與酶工程國家重點實驗室郭瑞庭教授團隊首次解析了芒稗（一種惡性的稻田雜草）來源的醛酮還原酶AKR4C16和AKR4C17催化草甘膦降解的反應(yīng)機制，并通過分子改造大幅提升了AKR4C17對草甘膦的降解效率。

日益嚴重的草甘膦耐藥性

草甘膦自20世紀(jì)70年代問世以來，風(fēng)靡全球，逐漸成為最廉價、應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的廣譜除草劑。它通過特異性抑制植物生長代謝過程中關(guān)鍵的5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸合酶，從而引起包括雜草在內(nèi)的植物代謝紊亂和死亡。

因此，培育抗草甘膦的轉(zhuǎn)基因作物并搭配草甘膦的田間使用，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中控制雜草的一種重要方式。

然而，隨著草甘膦的廣為使用及濫用，數(shù)十種雜草逐漸進化并產(chǎn)生了較高的草甘膦耐受性。

另外，抗草甘膦的轉(zhuǎn)基因作物并不能夠分解草甘膦，導(dǎo)致草甘膦會在作物內(nèi)積累和轉(zhuǎn)運，易通過食物鏈傳播危害人類健康。

因此，亟需挖掘可以降解草甘膦的基因，以培育低草甘膦殘留的高抗草甘膦轉(zhuǎn)基因作物。

分子改造提升對草甘膦的降解效率

2019年，中國和澳大利亞的研究團隊首次從抗草甘膦的芒稗中，鑒定出2個降解草甘膦的醛酮還原酶AKR4C16和AKR4C17。它們可利用NADP+作為輔因子，將草甘膦降解為無毒的氨甲基膦酸和乙醛酸。

湖北大學(xué)副教授戴隆海說，構(gòu)建草甘膦降解效率提升的突變體蛋白AKR4C17F291D，為培育低草甘膦殘留的高抗草甘膦轉(zhuǎn)基因作物，以及利用微生物工程菌降解環(huán)境中的草甘膦，提供了重要的參考。