近日，《Food Chemistry》在線發表了我校小麥團隊控制赤黴菌毒素研究新進展“A quinone-dependent dehydrogenase and two NADPH-dependent aldo/keto reductases detoxify deoxynivalenol in wheat via epimerization in a Devosia strain”（德沃斯氏菌脫氫酶和醛酮還原酶經異構降解小麥嘔吐毒素）。博士後何偉傑博士為第一作者，廖玉才教授和張靜柏副教授為共同通訊作者。該研究克隆鑒定的嘔吐毒素降解酶基因以及解析的酶活機理，為培育抗赤黴病小麥新品種提供了新基因，為開發利用毒素降解酶控制赤黴病、清除農産品毒素提供了依據。
赤黴病是小麥生産上的重要真菌病害，小麥赤黴病菌（禾谷鐮刀菌）也感染大麥、玉米、燕麥、黑麥等幾乎所有栽培植物。已知的小麥赤黴病菌，都能産生對人、畜有毒的赤黴菌毒素。脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（Deoxynivalenol，DON）毒素，俗稱嘔吐毒素，是小麥籽粒中最主要的真菌毒素，也是世界上污染面最大、污染量最高的真菌毒素。DON為緻病因子，是赤黴病菌在小麥麥穗上擴展蔓延所必須的。所以，降解DON毒素基因，也是一種抗赤黴病基因。
該團隊利用比較基因組學、轉錄組學分析，結合被催化的反應所需酶的生化特性，從小麥田間土壤德沃斯氏菌株D6-9基因組中，發現一個乙醇脫氫酶QDDH可催化DON氧化形成3-酮基-DON，兩個醛酮還原酶AKR13B2和AKR6D1可分别催化3-酮基-DON還原形成3-異構-DON。三個重組蛋白一起可在4小時内完全降解培養基中的DON毒素，6小時内降解小麥面粉中的DON毒素。
乙醇脫氫酶QDDH與DON毒素的分子對接模拟及定點突變表明，QDDH蛋白中三個氨基酸與DON分子互作，是QDDH催化活性的關鍵氨基酸。其中絲氨酸497與C3-OH、谷氨酸499與O1、谷氨酸535與碳12,13環氧基團形成氫鍵。單個氨基酸、兩個氨基酸及三個氨基酸突變體的酶活及酶動力學參數，均呈現梯度降低，三突變體完全喪失活性。
異構化DON比DON的毒性降低1181倍，異構化DON對小麥沒有任何危害。因此，DON異構化被認為是最安全、最徹底的一種脫毒方式。異構化脫毒基因，将在植物赤黴病抗性改良及食品安全防控中具有非常重要的應用潛力。該文的研究結果，為植物生物技術抗赤黴病育種提供了新基因資源，為人工分子進化改良脫毒酶活性、研發脫毒酶制劑提供了材料和依據。
該項研究得到國家轉基因重大專項、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國博士後基金及中央高校基本科研基金資助。
文章來源：Food Chemistry, 321:126703. DOI: 10.1016/j.foodchem.2020.126703.
