Identification and analysis of 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS) gene from glyphosate-resistant Ochrobactrum intermedium Sq20.
Pest Manag Sci · 2018 · 74:1184-1196 · PMID 28544077 · 등급8 기타 분석법개발 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 식물
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배경: 글리포세이트는 방향족 아미노산 생합성의 필수 단계 촉매에 관여하는 효소인 5-엔올피루빌시키메이트-3-인산 합성효소(EPSPS)의 활성을 저해하여 작용하는 제초제이다. 본 연구의 목적은 글리포세이트 내성 박테리아 균주를 분리하고, 이 분리주에서 글리포세이트 내성을 인코딩하는 유전자(들)를 특성화하는 것이었다. 농축 배양 기술을 이용하여, 글리포세이트 오염 토양에서 글리포세이트 내성 박테리아인 *Ochrobactrum intermedium* Sq20이 분리되어 특성화되었다. 결과: *O. intermedium* Sq20으로부터 1353 bp로 구성된 그리고 aroAO. intermediumSq20을 잠재적으로 인코딩하는 개방 판독 틀(ORF)이 증폭되었다. 이는 다른 *Ochrobactrum* 종의 aroA 유전자와 97%의 상동성을 보였다. 물리화학적 특성 분석 결과, aroAO. intermediumSq20은 450개의 아미노산으로 구성된 폴리펩타이드를 인코딩하며 계산된 분자량은 48.9782 kDa이고 등전점은 5.21이었다. AroAO. intermediumSq20의 이차 구조 예측은 높은 비율의 무작위 코일과 $\alpha$ 나선 구조를 보였다. 단백질 구조에 대한 체계적인 최적화 및 검증은 가장 선호되는 영역에서 91.8%의 아미노산 잔기가 존재함을 나타내는 신뢰할 수 있는 단백질 모델을 구축하는 데 도움이 되었다. 또한, 균주 Sq20은 초기 농도 500 mg L$^{-1}$에서 글리포세이트를 유일한 탄소 및 에너지원으로 사용하여 4일 이내에 완전히 분해할 수 있음이 밝혀졌다. 결론: 글리포세이트 내성 박테리아 균주 *O. intermedium* Sq20이 발견되었다. 염기서열 분석 및 구조 모델링 결과, AroAO. intermediumSq20은 클래스 II EPSPS와 유사하며 높은 글리포세이트 내성을 가지고 있음이 입증되었다. 이는 실험적으로 유도된 결정 구조의 기능적 분석을 위한 좋은 기반을 제공한다. AroAO. intermediumSq20의 클로닝 및 특성화는 분자 수준에서의 그 역할을 이해하고 글리포세이트 내성 형질전환 작물 생산에 대한 잠재적 활용에 더욱 도움이 될 것이다. © 2017 Society of Chemical Industry.ORIGINAL ABSTRACT
BACKGROUND: Glyphosate is a herbicide that acts by inhibition of the enzyme, 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS), involved in the catalysis of an essential step in the biosynthesis of aromatic amino acids. The objective of this study was the isolation of glyphosate-resistant bacterial strains and subsequent characterization of the gene(s) encoding glyphosate resistance in these isolates. Using an enrichment culture technique, a glyphosate-resistant bacterium, Ochrobactrum intermedium Sq20 was isolated from glyphosate-contaminated indigenous soil and characterized. RESULTS: An open reading frame (ORF) comprising of 1353 bp potentially encoding aroAO. intermediumSq20 was amplified from O. intermedium Sq20. It showed 97% homology with aroA genes from other Ochrobactrum spp. Physicochemical characterization revealed that aroAO. intermediumSq20 encodes a polypeptide of 450 amino acids with a calculated molecular mass of 48.9782 kDa and an isoelectric point of 5.21. Secondary structure prediction of AroAO. intermediumSq20 demonstrated a high percentage of random coils and α helices. Methodical optimization and validation of the protein structure helped to build a reliable protein model indicating the presence of 91.8% amino acid residues in most favoured regions. In addition, strain Sq20 was found to be capable of complete degradation of glyphosate at 500 mg L-1 initial concentration as the sole carbon and energy source within 4 days. CONCLUSION: A glyphosate-resistant bacterial strain O. intermedium Sq20 was discovered. Sequence analysis and structure modelling demonstrated that AroAO. intermediumSq20 closely resembles class II EPSPS and possesses high glyphosate resistance. This provides a good foundation for functional analysis of experimentally derived crystal structures. The cloning and characterization of AroAO. intermediumSq20 will further help in understanding its role at the molecular level and its potential use in the production of glyphosate-resistant transgenic crops. © 2017 Society of Chemical Industry.| 저자 | Firdous, S.; Iqbal, S.; Anwar, S.; Jabeen, H. |
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| 저널 | Pest management science |
| 권·호·쪽 | 74(5), 1184-1196 |
| PMID | 28544077 |
| DOI | 10.1002/ps.4624 |
| MeSH | 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Amino Acid Sequence; Bacterial Proteins; Glycine; Herbicide Resistance; Herbicides; Ochrobactrum; Phylogeny; Sequence Alignment; Glyphosate |