代謝組學揭示植物抗除草劑的分子機制

編譯：王愛玲 北京市農林科學院農業信息與經濟研究所

美國懷特黑德生物醫學研究所的一個研究小組利用代謝組學技術揭示了一種能使植物抵禦普通除草劑的關鍵蛋白質的分子活動。這種蛋白質是在20世紀90年代首次從細菌中分離並導入玉米和大豆等作物中的一種酶。研究發現這種蛋白質的活動有時會「出錯」，並提出了如何使其活動更精確的生物工程方法。

隨著代謝組學等前沿技術的發展，人們可以獲得有關代謝變化的前所未有的認知，以廣泛地分析代謝物及其他生物化學物質。酶是代謝系統進化過程中的關鍵角色。這些天然存在的催化劑被視為微型機器，能夠將適當的起始材料（或基質）完美地轉換成正確的產品。但酶有時會犯錯，它們會經常取用計劃外的基質，這被稱為酶的催化混雜性。

瑞士蘇黎世大學的一位研究生在研究開花植物擬南芥的一個特定菌株時，觀察到一個令人費解的現象：葉片中乙醯氨基己二酸鹽和乙醯色氨酸兩種生物化合物的濃度異常高。但奇怪的是，這兩種化合物不存在於任何通常所謂的「野生型」植物中。原因探究的結果聚焦到一種通過轉基因進入植物體的名為「BAR」的酶身上。

科學家們已知，BAR可以通過粘附在乙醯基組成的化學物上使除草劑（如草丁膦或稱草銨膦）失去活性。但酶所具有的催化混雜性使它還可以對色氨酸和氨基己二酸（賴氨酸衍生物）等其他基質起作用。這就解釋了在大豆、油菜等通過基因工程植入BAR的作物中檢測到計劃外的物質（乙醯色氨酸和乙醯氨基己二酸鹽）的原因。

該成果對BAR蛋白進行了詳細研究，如與基底結合的蛋白質的晶體結構。這為科研人員提供了一個思路：如何有針對性地修改BAR以減少其混雜性，如何只將除草劑而非氨基酸作為基底。該成果研製了幾個缺乏原始BAR蛋白非特異性活性的版本。

這一研究有利地表明了應該將代謝組學分析納入未來的基因工程作物評估過程。成果在線發表於《自然-植物》雜誌上。（來源：ScienceDaily北京市農林科學院農業信息與經濟研究所報道）

本文系獨家編譯報道，轉載請註明出處。

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