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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(diǎn)實(shí)驗室郭瑞庭教授團(tuán)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(jī)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(yán)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(jìn)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(yùn)，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(tuán)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。