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MurA-catalyzed synthesis of 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate confers glyphosate tolerance in bryophytes.
Proc Natl Acad Sci U S A · 2024 · 121:e2412997121 · PMID 39527734 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 식물
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초록 전문 번역 · gemma4:e4b
글리포세이트는 대부분의 혈관 식물 잡초를 제거하는 광범위 제초제이지만 많은 선태식물에는 효과가 없다. 글리포세이트는 에놀피르빌 전이효소(enolpyruvyl transferase)인 5-에놀피르빌쉬키미트산-3-인산 합성효소(EPSPS)를 경쟁적으로 저해한다. EPSPS는 쉬키미트 경로의 중간체인 5-에놀피르빌쉬키미트산-3-인산(EPSP)을 쉬키미트-3-인산(S3P)과 포스포에놀피루브산(PEP) 기질로부터 촉매한다. 본 연구에서는 근연한 에놀피르빌 전이효소인 MpMurA의 기능 상실 돌연변이를 가진 Marchantia polymorpha 변이체가 야생형 대조군보다 글리포세이트에 더 민감하다는 것을 보여준다. M. polymorpha에서 MpMurA를 과발현시키는 것은 글리포세이트 내성을 증가시켰으며, Arabidopsis thaliana에서 M. polymorpha의 MurA 효소를 이종 발현시키는 것은 글리포세이트 저항성을 부여하였다. 나아가, 우리는 MpMurA가 S3P와 PEP 기질로부터 EPSP 생성을 촉매함을 입증하였다. 이러한 데이터는 MpMurA가 M. polymorpha의 글리포세이트 내성에 기여함을 보여준다. 우리는 EPSP 합성의 두 가지 독립적인 메커니즘(하나는 고전적이고 EPSPS 의존적이며, 다른 하나는 MurA 의존적)이 선태식물의 글리포세이트 내성을 설명할 수 있다고 추측한다. 대안적으로, 선태식물에서 MurA가 글리포세이트에 결합하여 더 많은 비결합된 EPSPS 효소를 남겨둠으로써 방향족 아미노산 생합성이 계속될 수 있을 수 있다.
ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate is a broad-spectrum herbicide that kills most vascular plant weeds but is ineffective against many bryophytes. Glyphosate competitively inhibits the enolpyruvyl transferase enzyme 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS). EPSPS catalyzes the production of 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate (EPSP)-an intermediate in the shikimate pathway-from shikimate-3-phosphate (S3P) and phosphoenolpyruvate (PEP) substrates. Here, we show that Marchantia polymorpha mutants with loss-of-function mutations in a closely related enolpyruvyl transferase, MpMurA, were more sensitive to glyphosate than wild-type controls. Overexpression of MpMurA in M. polymorpha increased glyphosate tolerance, and heterologous expression of the M. polymorpha MurA enzyme in Arabidopsis thaliana conferred glyphosate resistance. Furthermore, we demonstrate that MpMurA catalyzes the production of EPSP from S3P and PEP substrates. These data demonstrate that MpMurA contributes to glyphosate tolerance in M. polymorpha. We speculate that the existence of two independent mechanisms for EPSP synthesis-one canonical and EPSPS-dependent, and the other MurA-dependent-may account for glyphosate tolerance in bryophytes. Alternatively, MurA in bryophytes may bind glyphosate, thereby leaving more unbound EPSPS enzymes available, allowing aromatic amino acid biosynthesis to continue.
저자Caygill, S.; Köcher, T.; Dolan, L.
저널Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
권·호·쪽121(47), e2412997121
PMID39527734
DOI10.1073/pnas.2412997121
MeSHGlyphosate; Glycine; 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Shikimic Acid; Marchantia; Herbicides; Plant Proteins; Herbicide Resistance; Mutation
APA 7판
Caygill, S., Köcher, T., & Dolan, L. (2024). MurA-catalyzed synthesis of 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate confers glyphosate tolerance in bryophytes. Proc Natl Acad Sci U S A, 121(47), e2412997121. https://doi.org/10.1073/pnas.2412997121
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