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Molecular mechanisms underlying glyphosate resistance in bacteria.
Environ Microbiol · 2021 · 23:2891-2905 · PMID 33876549 · 등급7 종설·논평 종설 · 농업과 정책 > 저항성 잡초 · 사람
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글리포세이트는 잡초와 작물과 경쟁하는 다른 식물을 죽이는 비선택성 제초제이다. 글리포세이트는 5-엔올피루빌-쉬키미테-3-인산(EPSP) 합성효소를 특이적으로 억제하여, 방향족 아미노산 생합성의 전구체 역할을 하는 EPSP를 세포 내에서 고갈시킨다. 글리포세이트는 동물과 인간에게 독성학적으로 안전하다고 간주되어 왔다. 따라서 농업에서 가장 중요한 제초제가 되었다. 그러나 농업에서의 집중적인 사용은 생물다양성에 부정적인 영향을 미칠 수 있어 심각한 환경 문제이다. 글리포세이트의 작용 기전이 발견된 지 몇 년 후, 박테리아가 EPSP 합성효소 유전자 돌연변이를 획득함으로써 글리포세이트 내성을 진화시키는 것이 관찰되었으며, 이로 인해 해당 효소가 제초제에 대한 민감도가 낮아졌다. 글리포세이트 내성 EPSP 합성효소 변이체의 확인은 제초제의 증가된 양을 허용하는 작물 공학의 길을 열었다. 본 리뷰는 박테리아에서 발생하는 글리포세이트 내성의 근간이 되는 분자적 메커니즘들을 요약하고자 한다. 박테리아는 (i) 글리포세이트 민감도를 감소시키거나 EPSP 합성효소 생성을 증가시키거나, (ii) 글리포세이트를 분해하거나, 또는 (iii) 해독하거나, 그리고 (iv) 제초제의 흡수를 감소시키거나 배출을 증가시킴으로써 글리포세이트 내성을 진화시킬 수 있다. 다양한 글리포세이트 내성 메커니즘들은 유전체 변형으로 인한 박테리아의 인위적 물질에 대한 적응성을 보여준다.
ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate is a nonselective herbicide that kills weeds and other plants competing with crops. Glyphosate specifically inhibits the 5-enolpyruvyl-shikimate-3-phosphate (EPSP) synthase, thereby depleting the cell of EPSP serving as a precursor for biosynthesis of aromatic amino acids. Glyphosate is considered to be toxicologically safe for animals and humans. Therefore, it became the most-important herbicide in agriculture. However, its intensive application in agriculture is a serious environmental issue because it may negatively affect the biodiversity. A few years after the discovery of the mode of action of glyphosate, it has been observed that bacteria evolve glyphosate resistance by acquiring mutations in the EPSP synthase gene, rendering the encoded enzyme less sensitive to the herbicide. The identification of glyphosate-resistant EPSP synthase variants paved the way for engineering crops tolerating increased amounts of the herbicide. This review intends to summarize the molecular mechanisms underlying glyphosate resistance in bacteria. Bacteria can evolve glyphosate resistance by (i) reducing glyphosate sensitivity or elevating production of the EPSP synthase, by (ii) degrading or (iii) detoxifying glyphosate and by (iv) decreasing the uptake or increasing the export of the herbicide. The variety of glyphosate resistance mechanisms illustrates the adaptability of bacteria to anthropogenic substances due to genomic alterations.
저자Hertel, R.; Gibhardt, J.; Martienssen, M.; Kuhn, R.; Commichau, F. M.
저널Environmental microbiology
권·호·쪽23(6), 2891-2905
PMID33876549
DOI10.1111/1462-2920.15534
MeSH3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Animals; Bacteria; Glycine; Herbicides; Humans; Glyphosate
APA 7판
Hertel, R., Gibhardt, J., Martienssen, M., Kuhn, R., & Commichau, F. M. (2021). Molecular mechanisms underlying glyphosate resistance in bacteria. Environ Microbiol, 23(6), 2891-2905. https://doi.org/10.1111/1462-2920.15534
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