Dual-Functional Rhizobium dioscoreae Q9a for Glyphosate Biodegradation and Plant Growth Promotion: Insights into the Degradation Kinetics, Catabolic Pathways, Beneficial Properties, and Underlying Enzymatic Mechanisms.
J Agric Food Chem · 2026 · 74:17237-17251 · PMID 42224579 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 물질과 작용기전 > AMPA·분해 · 식물
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글리포세이트의 광범위하고 지속적인 사용은 농업 토양에 축적되어 잠재적인 생태학적 및 건강 위험을 초래하였다. 본 연구에서는 새로운 글리포세이트 분해 박테리아인 *Rhizobium dioscoreae* Q9a를 분리하고 특성화하였다. 균주 Q9a는 액체 배양액에서 9일 이내에 글리포세이트(50 mg/L)를 효과적으로 분해하였다. 분해 능력 외에도, 균주 Q9a는 최대 150 mg/L의 불용성 인산염 용해화, 45 μg/mL의 인돌-3-아세트산 생산, 그리고 시데로포어 분비 등 다수의 식물 생장 촉진 특성을 나타냈다. 유전체 염기서열 분석 결과, 글리포세이트 대사에 관여할 수 있는 여러 후보 유전자들이 밝혀졌으며, 이종 발현을 통해 산화환원효소 유전자에 의해 암호화된 핵심 효소 GoxD의 글리포세이트 산화환원효소 기능을 검증하였다. 나아가, 분자 도킹 및 부위 특이적 돌연변이 유발 실험을 통해 Ser38이 글리포세이트를 촉매하는 GoxD의 중요한 활성 자리임을 확인하였다. 이러한 발견들은 균주 Q9a가 글리포세이트 오염 환경의 생물학적 정화제 및 작물 성장을 증진시키는 데 잠재력이 있는 유망한 생물 인공 접종원임을 시사한다.ORIGINAL ABSTRACT
The extensive and persistent application of glyphosate has led to its accumulation in agricultural soils, creating potential ecological and health risks. In this study, a novel glyphosate-degrading bacterium, Rhizobium dioscoreae Q9a, was isolated and characterized. Strain Q9a effectively degraded glyphosate (50 mg/L) within 9 d in liquid culture. In addition to its degradative ability, strain Q9a exhibited multiple plant growth-promoting traits, including solubilization of up to 150 mg/L insoluble phosphate, production of 45 μg/mL indole-3-acetic acid, and siderophore secretion. Genome sequencing revealed multiple candidate genes potentially responsible for glyphosate metabolism, and heterologous expression validated the glyphosate oxidoreductase function of the key enzyme GoxD encoded by an oxidoreductase gene. Further, molecular docking and site-directed mutagenesis confirmed that Ser38 serves as the critical active site in GoxD for catalyzing glyphosate. These findings highlight the potential of strain Q9a as a promising bioinoculant for the bioremediation of glyphosate-contaminated environments and for enhancing crop growth.| 저자 | Huang, Y.; Lei, Q.; Chen, Z.; Liu, M.; Chen, W. J.; Ghorab, M. A.; Chen, S. |
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| 저널 | Journal of agricultural and food chemistry |
| 권·호·쪽 | 74(22), 17237-17251 |
| PMID | 42224579 |
| DOI | 10.1021/acs.jafc.5c16859 |
| MeSH | Glycine; Glyphosate; Rhizobium; Biodegradation, Environmental; Herbicides; Bacterial Proteins; Kinetics; Soil Pollutants |