Do plants pay a fitness cost to be resistant to glyphosate?
New Phytol · 2019 · 223:532-547 · PMID 30737790 · 등급7 종설·논평 종설 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 식물
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본 연구에서는 분자적, 생화학적 및 생리적 수준에서 글리포세이트 저항성이 식물 적합성에 미치는 영향을 이해하기 위해 문헌을 검토하였다. 효소 특성과 글리포세이트 저항성 간의 여러 상관관계는 글리포세이트 표적 효소인 5-엔올피루빌시키미테-3-인산 합성효소(EPSPS)의 저항성을 부여하는 돌연변이에 연관된 식물 적합성 비용이 존재함을 시사한다. 이러한 생화학적 변화는 EPSPS 효소의 글리포세이트 저항성과 그 촉매 활성 간의 상충 관계를 초래한다. 가장 높은 저항성을 부여하는 돌연변이는 EPSPS가 자연 기질에 대한 친화도를 감소시키거나, 그리고/또는 효소 반응 속도를 늦춤으로써 촉매 활성을 감소시킬 가능성이 더 높으며, 따라서 상당한 식물 적합성 비용을 유발할 가능성이 매우 크다. EPSPS 유전자 증폭 및 과발현과 관련된 적합성 비용 예측은 더욱 어려울 수 있다. 유전자 발현 및 자원 할당의 진화 이론에 기반한 비용 예측의 타당성은 상반되는 실험적 증거들에 의해 의심받아 왔다. 글리포세이트 저항성의 생화학적 및 생리적 근거를 이해하고 예측하기 위해서는 잡초 적응에서 EPSPS 카세트의 역할에 대한 통찰력과 EPSPS 증폭 및 과발현에 관련된 에너지 예산 추정이 필요한 추가 연구가 요구된다.ORIGINAL ABSTRACT
We reviewed the literature to understand the effects of glyphosate resistance on plant fitness at the molecular, biochemical and physiological levels. A number of correlations between enzyme characteristics and glyphosate resistance imply the existence of a plant fitness cost associated with resistance-conferring mutations in the glyphosate target enzyme, 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS). These biochemical changes result in a tradeoff between the glyphosate resistance of the EPSPS enzyme and its catalytic activity. Mutations that endow the highest resistance are more likely to decrease catalytic activity by reducing the affinity of EPSPS for its natural substrate, and/or slowing the velocity of the enzyme reaction, and are thus very likely to endow a substantial plant fitness cost. Prediction of fitness costs associated with EPSPS gene amplification and overexpression can be more problematic. The validity of cost prediction based on the theory of evolution of gene expression and resource allocation has been cast into doubt by contradictory experimental evidence. Further research providing insights into the role of the EPSPS cassette in weed adaptation, and estimations of the energy budget involved in EPSPS amplification and overexpression are required to understand and predict the biochemical and physiological bases of the fitness cost of glyphosate resistance.| 저자 | Vila-Aiub, M. M.; Yu, Q.; Powles, S. B. |
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| 저널 | The New phytologist |
| 권·호·쪽 | 223(2), 532-547 |
| PMID | 30737790 |
| DOI | 10.1111/nph.15733 |
| MeSH | 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Biological Evolution; Ecosystem; Glycine; Herbicide Resistance; Plants; Glyphosate |