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小麦团队控制赤霉菌毒素研究新进展
发布时间:2020-04-17


近日,《Food Chemistry》在线发表了我校小麦团队控制赤霉菌毒素研究新进展“A quinone-dependent dehydrogenase and two NADPH-dependent aldo/keto reductases detoxify deoxynivalenol in wheat via epimerization in a Devosia strain”(德沃斯氏菌脱氢酶和醛酮还原酶经异构降解小麦呕吐毒素)。博士后何伟杰博士为第一编辑,廖玉才教授和张静柏副教授为共同通讯编辑。该研究克隆鉴定的呕吐毒素降解酶基因以及解析的酶活机理,为培育抗赤霉病小麦新品种提供了新基因,为开发利用毒素降解酶控制赤霉病、清除农产品毒素提供了依据。

赤霉病是小麦生产上的重要真菌病害,小麦赤霉病菌(禾谷镰刀菌)也感染大麦、玉米、燕麦、黑麦等几乎所有栽培植物。已知的小麦赤霉病菌,都能产生对人、畜有毒的赤霉菌毒素。脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DeoxynivalenolDON)毒素,俗称呕吐毒素,是小麦籽粒中最主要的真菌毒素,也是世界上污染面最大、污染量最高的真菌毒素。DON为致病因子,是赤霉病菌在小麦麦穗上扩展蔓延所必须的。所以,降解DON毒素基因,也是一种抗赤霉病基因。

该团队利用比较基因组学、转录组学分析,结合被催化的反应所需酶的生化特性,从小麦田间土壤德沃斯氏菌株D6-9基因组中,发现一个乙醇脱氢酶QDDH可催化DON氧化形成3-酮基-DON,两个醛酮还原酶AKR13B2AKR6D1可分别催化3-酮基-DON还原形成3-异构-DON。三个重组蛋白一起可在4小时内完全降解培养基中的DON毒素,6小时内降解小麦面粉中的DON毒素。

乙醇脱氢酶QDDHDON毒素的分子对接模拟及定点突变表明,QDDH蛋白中三个氨基酸与DON分子互作,是QDDH催化活性的关键氨基酸。其中丝氨酸497C3-OH、谷氨酸499O1、谷氨酸535与碳12,13环氧基团形成氢键。单个氨基酸、两个氨基酸及三个氨基酸突变体的酶活及酶动力学参数,均呈现梯度降低,三突变体完全丧失活性。

异构化DONDON的毒性降低1181倍,异构化DON对小麦没有任何危害。因此,DON异构化被认为是最安全、最彻底的一种脱毒方式。异构化脱毒基因,将在植物赤霉病抗性改良及食品安全防控中具有非常重要的应用潜力。该文的研究结果,为植物生物技术抗赤霉病育种提供了新基因资源,为人工分子进化改良脱毒酶活性、研发脱毒酶制剂提供了材料和依据。

该项研究得到国家转基因重大专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后基金及中央高校基本科研基金资助。


文章来源:Food Chemistry, 321:126703. DOI: 10.1016/j.foodchem.2020.126703.



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