環境微生物學課題組揭示除草劑麥草畏微生物代謝機制及其應用前景
- 2020 年 3 月 3 日
- 筆記
2016年7月15日，美國微生物學會（ASM）旗下雜誌《應用與環境微生物學》（Applied and Environmental Microbiology）在線發表了南京農業大學生科院環境微生物學課題組關於麥草畏微生物降解機理的重要研究成果。論文題為《A Tetrahydrofolate-Dependent Methyltransferase Catalyzing the Demethylation of Dicamba in Sphingomonas sp. Strain Ndbn-20》(http://aem.asm.org/content/82/18/5621.short)。南京農業大學為第一署名單位、生科院姚利博士為第一作者、何健教授為通訊作者。麥草畏屬於安息香酸系除草劑，對一年生和多年生闊葉雜草有顯著防除效果，具有廣譜高效、低毒和雜草抗性產生慢等優點，是孟山都研發的新一代抗除草劑轉基因作物的靶標除草劑。目前的麥草畏脫毒酶基因（麥草畏脫甲基酶DMO）專利掌握在生物技術巨頭孟山都手裡，我國還沒有麥草畏抗性基因產權，技術上受制於人。麥草畏在環境中的降解代謝過程尚不明確，制約了對其環境行為和生態毒理的研究。關於麥草畏的微生物降解機理的研究，目前只報道過一個關鍵基因和酶，因此關於其微生物的降解機理在基因水平及蛋白水平的研究相當匱乏。經過研究，該團隊發現菌株Ndbn-20內存在着一個新型依賴四氫葉酸的脫甲基酶Dmt66，該酶以四氫葉酸為輔因子高效地將麥草畏降解為3,6-二氯水楊酸（3,6-DCSA）。本論文的研究結果揭示了一個新的麥草畏脫甲基機制。此外該團隊與大北農生物技術有限公司合作，將編碼dmt66核苷酸序列進行密碼子優化後轉錄擬南芥中，大大提高了擬南芥對麥草畏的抗性。該研究為抗麥草畏轉基因工程提供性能更優良的基因資源。
通過分析發現菌株Ndbn-20的16S rRNA序列與已報道的微生物種屬具有較低的相似性，結合該菌的麥草畏降解性能、16S rRNA基因系統進化發育分析和生理生化特性（如碳氮源利用、脂肪酸成分和基因組GC含量分析）等特性，確定菌株Ndbn-20為Rhizorhabdus屬的一個新種，命名為Rhizorhabdus dicambivorans sp. nov. Ndbn-20T。相關成果於2016年9月1日發表在《International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology》 (http:/ijs.microbiologyresearch.org/content/journal/ijsem/10.1099/ijsem.0.001194). 南京農業大學為第一署名單位、生科院姚利博士為第一作者、何健教授為通訊作者。
2017年12月1日，《Applied and Environmental Microbiology》在線發表了何健教授團隊關於麥草畏微生物降解機理的另一重要研究成果。論文題為《3,6-Dichlorosalicylate Catabolism Is Initiated by the DsmABC Cytochrome P450 Monooxygenase System in Rhizorhabdus dicambivorans Ndbn-20》(http://aem.asm.org/content/early/2017/11/28/AEM.02133-17.abstract)。南京農業大學為第一署名單位、生科院李娜博士為第一作者、何健教授為通訊作者。本研究通過基因組分析克隆到一個3,6-DCSA降解基因簇dsmR1DABCEFGR2。實驗驗證了三組份細胞色素P450氧化還原酶系統DsmABC，能將 3,6-DCSA 羥基化形成3,6-二氯龍膽酸（3,6-DCGA）。DsmABC是首次發現的能將水楊酸的衍生物羥基化生成龍膽酸的衍生物的細胞色素P450羥基化酶。
