Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Ингибиторы ацетил-СоА-карбоксилазы

10.11.2018

Две важнейшие группы гербицидов — циклогексодионы (CHD) и арилоксифеносикислоты (AOPP) — ингибируют пластидную ацетил-CoA-карбоксилазу (АСС). Обе группы гербицидов используются для борьбы с широким набором травянистых сорняков в посевах как однодольных, так и двудольных культур. Избирательность между одно- и двудольными обусловлена: у двудольных наследственной невосприимчивостью их ACC к гербицидам, а у определенных зерновых культур высокой скоростью детоксикации гербицидов.

Симптомы повреждения гербицидом у чувствительных растений развиваются достаточно медленно. Рост (удлинение листа) приостанавливается в течение 24—48 ч после обработки. Хлороз в первую очередь наблюдается на самых молодых тканях, обычно на появляющемся листе. Это указывает на то, что первичная фитотоксичность локализована в апикальной меристеме — основной зоне деления клеток и синтеза de novo жирных кислот. Через 48—72 ч после обработки этот лист легко отделяется от растения, что также указывает на повреждение в зоне меристемы. Затем хлороз медленно распространяется по всему растению, на что уходит 7—10 дней.

Флоэмный транспорт этих гербицидов по растению ограничен, в результате чего до корней доходит мало действующего вещества. По этой причине эти гербициды (за исключением отдельных случаев) малоэффективны в борьбе с многолетними сорняками.

ACC катализирует присоединение CO2 к ацетил-СоА с образованием малонил-СоА, являющимся первичным продуктом в биосинтезе жирных кислот в пластидах, а также субстратом для удлинения жирных кислот и биосинтеза флавоноидов и фитоалексинов в цитозоле клетки. Активность этого фермента оптимальна при pH 8,0-8,2. Большинство цитозольных форм фермента устойчивы, а пластидных восприимчивы к гербицидам. Обе изоформы имеют примерно одинаковую молекулярную массу (около 220 кДа).

Только в конце 1980-х гг. было установлено, что именно ацетил-СоА-карбоксилаза является мишенью для действия CHD- и АОРР-гербицидов, причем цитозольная изоформа оказалась в 2000 раз менее чувствительной к указанным гербицидам, чем пластидная. Почти конкурентное ингибирование в отношении ацетил-CoA предполагает, что гербициды воздействуют скорее всего на транскарбоксилазный этап реакции, причем оба класса гербицидов конкурируют за одно место связывания на ферменте.

Кроме влияния на активность АСС, гербициды AOPP вызывают быструю деполяризацию трансмембранного потенциала плазмалеммы у восприимчивых видов. Интересна способность 2,4-Д противодействовать гербицидам AOPP путем блокирования влияния последних на мембранный потенциал. Однако мишень этих воздействий не идентифицирована. Вместе с тем установлено, что устойчивость фермента ACC и целого ряда растений к действию гербицидов тесно коррелируют, т. е. фермент ACC действительно является единственной молекулярной мишенью для действия гербицидов CHD- и АОРР-классов.

У двудольных устойчивость к ингибиторам ACC обусловлена нечувствительностью прокариотической формы ACC к гербицидам CHD и АОРР. У большинства же трав пластидная (эукариотическая) форма фермента, напротив, является чувствительной к гербицидам. Однако есть и исключения, которые можно разделить на три категории: травы с естественной устойчивостью; сорняки, у которых устойчивость развилась в результате многократного использования гербицидов; полевые культуры, отобранные в культуре тканей на устойчивость к гербицидам.

Несколько видов овсяницы (F. rubra, F. ovina, F. amethystine) толерантны к гербицидам CHD и АОРР. Видимо, эта толерантность обусловлена нечувствительностью фермента-мишени у указанных видов к гербицидам. Так, ACC была устойчивой к очень высоким концентрациям флуазифопа. Представляется, что даже без отбора на фоне высоких концентраций гербицидов некоторые виды трав содержат нечувствительные формы пластидной АСС.

Кукуруза обычно чувствительна к ингибиторам АСС. Однако из каллусной культуры, содержащей сетоксидим, выделены мутанты кукурузы, устойчивые к ингибиторам АСС. Эта устойчивость, которая наследовалась стабильно, обусловлена измененной формой ACC с пониженной чувствительностью к гербицидам CHD и АОРР. Из этих мутантов были выведены инбредные линии. В другой работе, устойчивость других линий объяснялась сверхэкспрессией нормальной гербицидочувствительной формы АСС, а не наличием ее устойчивой формы. В этом случае относительно небольшое увеличение в экспрессии фермента-мишени обеспечило очень высокий уровень устойчивости к гербицидам, оставляя открытым вопрос, действительно ли устойчивость полностью определяется повышением активности АСС. Эта устойчивость у некоторых клеточных линий сохранялась даже в отсутствии гербицида, но исчезало со временем, т. е. была генетически нестабильна.

В течение последних 15 лет устойчивость к гербицидам CHD и AOPP обнаружена у 15 видов сорных растений с разных континентов. Причиной устойчивости являлись или измененные формы ACC с пониженной чувствительностью к гербицидам, или повышенная скорость детоксикации, причем первая причина наиболее распространена. Сравнение фермента ACC у резистентных и чувствительных биотипов Lolium multiflorum показало, что устойчивость к диклофопу обусловлена изменением пластидной формы фермента при примерно одинаковых кинетических свойствах фермента у биотипов. У устойчивых линий кукурузы Vmax пластидной формы ACC была в 5,5 раз выше, чем у чувствительной (неустойчивой) при одинаковых величинах Ki, т. е. в целом каталитические свойства фермента примерно одинаковы. Показано также, что ростовые параметры и продуктивность у устойчивых и неустойчивых биотипов травянистых сорняков с мутированной ACC не различались, т. е. изменение ACC не тормозит рост устойчивых биотипов.

Цитозольная форма ACC относительно менее чувствительна к диклофопу как у устойчивых, так и у неустойчивых биотипов райграса. Чувствительность же пластидной ACC сильно снижалась у устойчивого биотипа, указывая, что именно она обусловливает устойчивость.

Гены ферментов ACC у разных объектов за последние десятилетия уже секвенированы. Показано, что замена изолейцина на лейцин в домене карбоксилтрансферазы пластидной изоформы фермента обеспечивает устойчивость к сетоксидиму.

Устойчивость к гербицидам обусловлена также повышенной скоростью детоксикации или, как у некоторых трав, сочетанием двух механизмов — повышенной скоростью детоксикации и сниженной чувствительностью фермента ACC к гербицидам. Некоторые АОРР-гербициды, в частности диклофопметил, метаболизируются с помощью Р450-монооксигеназы с последующим диметилированием, а другие — с помощью глутатион-5-трансферазы. Поэтому в принципе с помощью генетической трансформации с соответствующими генами монооксигеназ или глютатион-Б-трансфераз можно создать трансгенные сорта полевых культур, устойчивые к данному классу гербицидов. Однако на сегодня для этого нет экономически оправданных мотивов.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: