2022年6月11日,《Nature communications》在線發(fā)表了澳大利亞昆士蘭大學(xué)Luke W. Guddat團隊題為“Structural basis of resistance to herbicides that target acetohydroxyacid synthase”的研究論文。該研究通過對乙酰羥酸合成酶突變體(W574L和P197T)與除草劑CE或BS結(jié)合的晶體結(jié)構(gòu)的解析,發(fā)現(xiàn)這些突變可降低除草劑與乙酰羥酸合成酶的結(jié)合親和力,并阻礙除草劑對乙酰羥酸合成酶的時間性氧化失活;揭示了雜草通過AHAS突變獲得除草劑抗藥性的結(jié)構(gòu)機制,有助于新除草劑的設(shè)計。
除草劑廣泛使用的同時,雜草的抗藥性(主要由AHAS的突變引起)正變得越來越普遍。為了解決這個問題,已有不少研究利用計算機預(yù)測和試驗來設(shè)計、篩選并發(fā)現(xiàn)新的AHAS抑制劑,這些研究在一定程度上擴大了AHAS抑制劑的選擇空間;然而,雜草的AHAS突變體是如何對除草劑產(chǎn)生抗藥性的,其機制仍不清楚。
目前,雜草AHAS的P197和W574突變是最常見的抗藥性突變。該研究選取了W574L、P197L、P197T和S653T這4種AHAS突變體,通過酶的催化活性鑒定和氧化還原信號調(diào)控分析,發(fā)現(xiàn)這些AHAS突變體具有類似的調(diào)控作用和活性,甚至活性更高(如W574L)。同時,研究人員分別解析了W574L突變體及其與除草劑CE或BS結(jié)合時的晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示,W574L突變可分別使CE和BS的結(jié)合親合力降低70倍和150倍,同時,W574L突變使AHAS構(gòu)象發(fā)生變化,并阻礙CE對AHAS酶的氧化失活,但BS仍可起作用。
最后,研究人員進一步解析了P197T突變體與除草劑CE或BS結(jié)合的復(fù)合體晶體結(jié)構(gòu),結(jié)果顯示,由于CE芳香環(huán)與P197吡咯烷環(huán)(pyrrolidine ring)之間的互作受影響,CE和P197T突變體的結(jié)合親和力下降了30倍,同時阻礙了它對AHAS酶的氧化失活;但是,P197T突變體并不能影響B(tài)S與它的結(jié)合,且該突變可成倍促進BS對AHAS酶的時間性氧化失活。
綜上所述,該研究分別解析了AHAS突變體W574L、P197T與除草劑CE或BS結(jié)合的晶體結(jié)構(gòu),并顯示這些突變通過2種方式來增強對除草劑的抗藥性:降低除草劑與AHAS的結(jié)合親和力,以及阻礙除草劑對AHAS酶的時間性氧化失活;揭示了雜草通過AHAS突變獲得除草劑抗藥性的結(jié)構(gòu)機制。