《自然》子刊：制造天然除草物質(zhì)的酶

時(shí)間：2023-03-08 04:26:55 醫(yī)學(xué)畢業(yè)論文我要投稿

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畢業(yè)論文

生物谷報(bào)道：雜草與農(nóng)作物爭肥爭水分，并且可能成為傳播病蟲害的媒介，世界每年因雜草造成的作物減產(chǎn)也相當(dāng)客觀。但世間萬物相生相克的，1些生物體內(nèi)存在1些天然的除草化合物。

生化專家已經(jīng)知道，含有1個(gè)碳—磷鍵能夠賦予天然除草性化合物特殊的生物學(xué)性質(zhì)。現(xiàn)在，來自美國的研究人員在7月在線出版的《自然·化學(xué)生物學(xué)》雜志上報(bào)告說，他們鑒別出負(fù)責(zé)制造天然除草性化合物的酶。

由于酶的活性變化會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物的重組，因此，活性多變的酶就創(chuàng)造出了結(jié)構(gòu)極為多變的化合物。

William Metcalf和同事鑒別出了負(fù)責(zé)編碼天然除草性化合物的基因團(tuán)簇。雖然研究人員早就預(yù)測到這些生物酶對產(chǎn)生這些產(chǎn)物的必要性，但他們并沒有完全弄明白這些產(chǎn)物的生物合成途徑。

Metcalf和同事培育出1種含有這種基因團(tuán)簇的轉(zhuǎn)基因大腸桿菌，然后又用化學(xué)、生物化學(xué)和遺傳實(shí)驗(yàn)對這種細(xì)菌進(jìn)行測試，以確定出每1種酶在這種生物合成途徑中的作用。結(jié)果，他們卻意外改變了這種生物合成途徑，并鑒別出兩種新的化學(xué)中間體。

因?yàn)榛钚猿菪曰衔锸?種含原型次磷酸的天然產(chǎn)物，所以，新研究打開了1扇認(rèn)識(shí)這些有趣的酶轉(zhuǎn)換的大門。而且，對這種天然除草活性物質(zhì)合成途徑的了解，將有助于通過人為干預(yù)而讓作物本身合成此類除草化合物，從而增加其對雜草的優(yōu)勢。

目前世界上已在30多個(gè)科的植物及許多微生物中發(fā)現(xiàn)了百種具有殺草活性的天然化合物。其中1部分已被開發(fā)成天然除草劑。但是在天然除草劑領(lǐng)域中，人們對作為除草劑及其先導(dǎo)物質(zhì)的天然化合物的興趣偏重于微生物源的化合物而非植物源化合物。

植物間的異株克生作用對農(nóng)業(yè)上的雜草綜合治理及天然植物源除草劑的開發(fā)有重要意義。除草植物源具有的化合物是植物的次生代謝產(chǎn)物，對植物的生長發(fā)育及代謝過程均能產(chǎn)生影響。研究表明，小麥對白茅有異株克生作用，耕翻種麥能夠徹底防出白茅，進(jìn)1步研究發(fā)現(xiàn)，小麥穎殼的甲醇洗脫物對白茅有很高的抑制率，可望開發(fā)成防除白茅等雜草的植物源除草劑。對其化感效應(yīng)測定發(fā)現(xiàn)，小麥中還存在顯著抑制反枝莧和繁縷兩種雜草生長的克生物質(zhì)。此外，人們還對水稻、紫澤莖蘭，狼毒等植物中的異株克生現(xiàn)象進(jìn)行了研究，證實(shí)了這些物質(zhì)中異株克生作用的存在。在大量的異株克生化合物中必定存在許多高活性的先導(dǎo)化合物，從中篩選出理想的先導(dǎo)物，進(jìn)而人工模擬合成新型、高效、低毒的植物源除草劑，已成為當(dāng)前除草劑研究領(lǐng)域的1大熱點(diǎn)。

原始出處:

Nature Chemical Biology 3, 480-485 (2007)
doi:10.1038/nchembio.2007.9

Unusual transformations in the biosynthesis of the antibiotic phosphinothricin tripeptide

Joshua A V Blodgett1, Paul M Thomas2, Gongyong Li2,3, Juan E Velasquez2, Wilfred A van der Donk2, Neil L Kelleher2 & William W Metcalf1

Phosphinothricin tripeptide (PTT, phosphinothricylalanylalanine) is a natural-product antibiotic and potent herbicide that is produced by Streptomyces hygroscopicus ATCC 21705 (ref. 1) and Streptomyces viridochromogenes DSM 40736 (ref. 2). PTT has attracted widespread interest because of its commercial applications and unique phosphinic acid functional group. Despite intensive study since its discovery in 1972 (see ref. 3 for a comprehensive review), a number of steps early in the PTT biosynthetic pathway remain uncharacterized. Here we report a series of interdisciplinary experiments involving the construction of defined S. viridochromogenes mutants, chemical characterization of accumulated intermediates, and in vitro assay of selected enzymes to examine these critical steps in PTT biosynthesis. Our results indicate that early PTT biosynthesis involves a series of catalytic steps that to our knowledge has not been described so far, including a highly unusual reaction for carbon bond cleavage. In sum, we define a pathway for early PTT biosynthesis that is more complex than previously appreciated.

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