Glycosylation of glyphosate drives residue reduction and herbicide tolerance in rice.
Proc Natl Acad Sci U S A · 2026 · 123:e2516099123 · PMID 41730107 · 등급5 동물·현장 동물시험 · 농업과 정책 > GM 작물 · 사람 · 식이
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글리포세이트는 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 제초제이며, 특히 유전자 변형 글리포세이트 저항성 작물의 광범위한 재배로 인해 그러하다. 그러나 그 집중적인 사용은 식품 안전 및 인체 건강에 대한 위험성에 대해 대중의 우려를 제기하였다. 식물에서 글리포세이트를 대사할 수 있는 효소를 확인하는 것은 이 문제를 해결하기 위한 이상적인 전략이지만, 알려진 사례는 적다. 본 연구에서는 벼 품종 키타아케(Kitaake)가 글리포세이트에 대한 자연적 내성을 가지고 있음을 확인하였고, 이러한 내성이 글리포세이트 당화 대사에 의해 유도됨을 입증하였다. 키타아케에서 글리포세이트 내성과 관련된 7개의 상향 조절된 UDP 의존성 당화효소(UGT) 유전자가 동정되었다. 분자 도킹 분석 결과, 이 UGT 단백질들이 글리포세이트에 대해 중간 정도의 결합 친화도를 가짐을 나타냈다. 이들 중, GLYPHOSATE RESPONSIVE GLYCOSYLTRANSFERASE 1 (GRGT1)의 프로모터 영역 -803 위치에서 아데닌이 결실된 것이 키타아케에서 그 발현을 증가시켰다. GRGT1은 소포체에 국소화되며 생체 내 및 시험관 내에서 글리포세이트 당화를 촉매한다. GRGT1로 보완된 벼 계통은 grgt1 녹아웃 돌연변이가 당화된 글리포세이트 유도체를 생성하지 못하는 능력을 회복시켰다. 민감한 니폰바레(Nipponbare) 품종에서 GRGT1을 과발현시키는 것은 글리포세이트 대사를 상향 조절하여 당화된 글리포세이트 유도체인 M329, M331 및 M345를 생성함으로써 글리포세이트 내성을 부여한다. 이는 제초제 내성 작물을 개발하기 위한 전략을 제공할 뿐만 아니라, 결과적으로 작물 내 글리포세이트 잔류물을 줄일 수 있는 잠재적 접근법도 제시한다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate is the most widely used herbicide globally, especially due to the extensive cultivation of genetically modified glyphosate-resistant crops. However, its intensive application has raised public concerns about the risks to food safety and human health. Identifying enzymes capable of metabolizing glyphosate in plants represents an ideal strategy for addressing this issue, but few are known. Here, we identified the rice variety Kitaake with natural tolerance to glyphosate and demonstrated that this tolerance is driven by glyphosate glycosylation metabolism. Seven up-regulated UDP-dependent glycosyltransferase (UGT) genes associated with glyphosate tolerance were identified in Kitaake. Molecular-docking analysis indicated that these UGT proteins have moderate binding affinity for glyphosate. Among these, a deletion of an adenine at position -803 in the promoter region of GLYPHOSATE RESPONSIVE GLYCOSYLTRANSFERASE 1 (GRGT1) enhances its expression in Kitaake. GRGT1 localizes to the endoplasmic reticulum and catalyzes glyphosate glycosylation both in vivo and in vitro. Rice lines complemented with GRGT1-GFP rescue the inability of grgt1 knockout mutants to produce glycosylated glyphosate derivatives. Overexpression of GRGT1 in the susceptible Nipponbare cultivar confers glyphosate tolerance by up-regulating glyphosate metabolism to produce glycosylated glyphosate derivatives M329, M331, and M345. This provides a strategy for developing herbicide-tolerant crops, but also offers a potential approach to consequently reduce glyphosate residues in crops.| 저자 | Yang, F.; Wang, Y.; Zhou, W.; Xue, C.; Dong, F.; Zheng, Y.; Zhang, M.; Chen, L.; Zhang, J.; Pan, X.; Yao, R. |
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| 저널 | Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America |
| 권·호·쪽 | 123(9), e2516099123 |
| PMID | 41730107 |
| DOI | 10.1073/pnas.2516099123 |
| MeSH | Glyphosate; Oryza; Glycine; Glycosylation; Herbicides; Plants, Genetically Modified; Glycosyltransferases; Herbicide Resistance; Plant Proteins; Gene Expression Regulation, Plant |