Evolution of a microbial acetyltransferase for modification of glyphosate: a novel tolerance strategy.
Pest Manag Sci · 2005 · 61:235-40 · PMID 15668959 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 농업과 정책 > GM 작물 · 식물
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N-아세틸화는 적절한 아세틸전달효소(acetyltransferase)가 존재할 경우 형질전환 작물에 사용될 수 있는 글리포세이트의 변형이다. 질량분석법을 이용한 미생물 컬렉션 스크리닝을 통해 여러 균주에 걸쳐 글리포세이트의 N-아세틸화에 대한 약한 효소 활성($k_{cat} = 5 \text{ min}^{-1}$, $K_M = 1 \text{ mM}$)이 발견되었다. 모체 효소는 형질전환 유전자로 발현되었을 때 어떤 숙주에서도 글리포세이트에 대한 내성을 부여하지 않았다. DNA 셔플링(DNA shuffling)의 열한 번의 반복은 촉매 효율($k_{cat}/K_M$)을 7000배 향상시켰으며, 이는 형질전환 담배와 옥수수에서 현장 수준의 글리포세이트에 대한 강력한 내성을 부여하기에 충분하였다. $k_{cat}/K_M$ 측면에서, 야생 효소는 일반적인 아미노산 중 7개에 대해 약한 활성(글리포세이트와 비교하여 4-450%)을 보였다. 글리포세이트에 대한 향상된 $k_{cat}/K_M$ 방향으로의 효소 진화는 아스파르테이트에 대한 활성 증가($k_{cat}$ 40배 향상)를 가져왔으나, 세린 및 포스세린에 대한 활성은 거의 완전히 소실되었다. 광범위한 뉴클레오타이드와 항생제 샘플링에서는 어떠한 활성도 관찰되지 않았다. 글리포세이트에 의한 촉매 개선은 열 안정성의 증가와 일치하였다.ORIGINAL ABSTRACT
N-Acetylation is a modification of glyphosate that could potentially be used in transgenic crops, given a suitable acetyltransferase. Weak enzymatic activity (k(cat) = 5 min(-1), K(M) = 1 mM) for N-acetylation of glyphosate was discovered in several strains of Bacillus licheniformis (Weigmann) Chester by screening a microbial collection with a mass spectrometric assay. The parental enzyme conferred no tolerance to glyphosate in any host when expressed as a transgene. Eleven iterations of DNA shuffling resulted in a 7000-fold improvement in catalytic efficiency (k(cat)/K(M)), sufficient for conferring robust tolerance to field rates of glyphosate in transgenic tobacco and maize. In terms of k(cat)/K(M), the native enzyme exhibited weak activity (4-450% of that with glyphosate) with seven of the common amino acids. Evolution of the enzyme towards an improved k(cat)/K(M) for glyphosate resulted in increased activity toward aspartate (40-fold improved k(cat)), but activity with serine and phosphoserine almost completely vanished. No activity was observed among a broad sampling of nucleotides and antibiotics. Improved catalysis with glyphosate coincided with increased thermal stability.| 저자 | Siehl, D. L.; Castle, L. A.; Gorton, R.; Chen, Y. H.; Bertain, S.; Cho, H. J.; Keenan, R.; Liu, D.; Lassner, M. W. |
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| 저널 | Pest management science |
| 권·호·쪽 | 61(3), 235-40 |
| PMID | 15668959 |
| DOI | 10.1002/ps.1014 |
| MeSH | Acetyltransferases; Bacillus; Directed Molecular Evolution; Enzyme Stability; Glycine; Herbicides; Plants, Genetically Modified; Substrate Specificity; Nicotiana; Zea mays; Glyphosate |