Structural and Biochemical Insights into Cotton 5-Enolpyruvylshikimate-3-Phosphate Synthase: Toward Inhibitor Design and Glyphosate Resistance.
J Agric Food Chem · 2026 · 74:1653-1667 · PMID 41432417 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 식물
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면화(Gossypium spp.)는 주요 섬유 작물로서 최적의 생산성을 유지하기 위해 효과적인 잡초 관리가 요구된다. 글리포세이트는 방향족 아미노산 생합성의 핵심 효소인 5-엔올피루빌시키메이트-3-인산 합성효소(EPSPS)를 표적으로 하지만, 식물에서 이 효소의 저해 및 내성에 대한 구조적 기전은 여전히 불분명하다. 본 연구에서는 면화 유래 글리포세이트 민감성 GhEPSPS의 열린 형태에 대한 2.2 Å 3차원 구조를 제시하였다. G178A 변이체는 야생형 대비 IC50 값이 22.27 mM이고 해리 상수(dissociation constant)가 419 μM으로 현저히 감소된 글리포세이트 민감도를 보였다 (야생형: 16.4 및 2.7 μM). MD 시뮬레이션 결과, G178A는 글리포세이트 결합을 방해하는 반면, P183L 및 TIPS 변이체는 구조적으로 안정하며 촉매 효율 저하 가능성이 낮았다. 고속 대용량 가상 스크리닝을 통해 잠재적인 제초제 화학 유형(herbicidal chemotypes)이 추가로 확인되었으며, 등온 적정 열량계 측정법은 최상위 후보 물질 중 하나인 CHEMBL1383715가 GhEPSPS에 Kd 34.5 μM으로 결합함을 확인하였다. 이러한 발견들은 글리포세이트 내성에 대한 구조적 통찰을 제공하며, 차세대 EPSPS 표적 제초제를 위한 유망한 골격(scaffold)으로서 CHEMBL1383715를 강조한다.ORIGINAL ABSTRACT
Cotton (Gossypium spp.), a major fiber crop, requires effective weed control to maintain optimal productivity. Glyphosate targets 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS), a key enzyme in aromatic amino acid biosynthesis; however, the structural mechanisms underlying its inhibition and resistance in plants remain poorly understood. Here, we present the 2.2 Å three-dimensional structure of glyphosate-sensitive GhEPSPS from cotton in its open conformation. A G178A variant showed markedly reduced glyphosate sensitivity, with an IC50 of 22.27 mM and a dissociation constant of 419 μM compared with 16.4 and 2.7 μM for the wild type. MD simulations revealed that G178A disrupts glyphosate binding, whereas the P183L and TIPS variants remain structurally stable and are unlikely to impair catalytic efficiency. High-throughput virtual screening further identified potential herbicidal chemotypes, and isothermal titration calorimetry confirmed that one of the top candidates, CHEMBL1383715, binds GhEPSPS with a Kd of 34.5 μM. These findings provide structural insights into glyphosate resistance and highlight CHEMBL1383715 as a promising scaffold for next-generation EPSPS-targeting herbicides.| 저자 | Jangid, K.; Chaudhary, D.; Verma, S.; Das, J.; Baksi, S.; Sharma, A. K.; Kumar, R.; Kumar, P. |
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| 저널 | Journal of agricultural and food chemistry |
| 권·호·쪽 | 74(1), 1653-1667 |
| PMID | 41432417 |
| DOI | 10.1021/acs.jafc.5c08286 |
| MeSH | Glyphosate; Gossypium; Glycine; 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Herbicides; Plant Proteins; Herbicide Resistance; Enzyme Inhibitors; Molecular Dynamics Simulation; Protein Conformation |