开云官方网:我校研讨团队协作破解真菌毒素DON完全降解难题为保证粮食安全供给绿色处理新计划
来源：开云官方网 发布时间：2026-08-27 10:25:23
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南湖新闻网讯（通讯员 何伟杰）近来，华中农业大学和我国科学院上海养分与健康研讨所等单位联合在真菌毒素生物降解范畴取得打破，提醒了将DON毒素完全降解构成CO2和H2O的效果机制，阐明晰完全降解进程开始代谢途径及要害毒素降解酶，并对降解酶蛋白结构、中心催化机制和生物技能使用潜力进行了系统解析。相关研讨效果以 “Specialized aldo-keto reductases trigger complete degradation of mycotoxin deoxynivalenol” 为题在杂志在线宣布，为保证粮食安全和农产品质量安全供给了原创性绿色防控新战略。
小麦、玉米等粮食作物出产的悉数进程中易遭到多种病原菌的损害，而产毒病原真菌不只会导致粮食减产，还会导致十分严峻的真菌毒素污染。脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON），俗称吐逆毒素，是全球污染规模最广、损害最严峻的真菌毒素之一。DON毒素归于15碳倍半萜类化合物，主要由镰刀菌在侵染小麦、玉米等粮食作物时产生，其作为要害毒力因子，可促进镰刀菌在作物中的扩展，加剧病害程度。DON毒素化学性质安稳，一般粮食工艺流程难以将其去除，易进入食物链，直接损害人畜健康。因而，世界各国对DON毒素在粮食及其制品中的含量都有严厉的定量规范。但由于气候变化及耕作制度等要素的影响，DON毒素污染日益加剧，现在已成为限制粮食出产与农产品质量安全的要害瓶颈。长时间以来，怎样来完结DON毒素的高效、完全降解，一直是世界学术界与产业界一起重视的中心难题。
研讨团队首要使用根据毒性评价的降解菌挑选战略，从赤霉病高发的小麦田土壤中挑选取得高效降解DON毒素的菌群S5。经过抗生素选择性富集与16S rDNA测序，确定类诺卡氏菌属（Nocardioidessp.）为功用中心，终究别离得到纯菌株 S5-5。成长曲线检测、高分辩质谱剖析和13C同位素示踪标明，该菌株能以DON毒素为仅有碳源和能量来历进行成长，并完全损坏DON分子骨架结构，将其完全降解构成CO2和H2O。此外，菌株S5-5还可降解新茄病镰刀菌烯醇（NEO）、雪腐镰刀菌烯醇（NIV）以及3-乙酰脱氧雪腐镰刀菌烯醇（3Ac-DON）等多种与DON共污染的镰刀菌毒素，展现出优异的广谱降解潜力。
为了解析DON完全降解机制，研讨团队对DON毒素降解中心代谢物的动态堆集规则进行了剖析，发现S5-5对DON的完全降解由两条不同代谢途径一起敞开，别离是C3-异构化途径和C8-复原途径。DON经C3-异构化途径生成中心代谢物3-异构-DON（3-epi-DON），而经C8-复原途径生成中心代谢物α/β-8-羟基-DON（α/β-8-OH-DON）。一起，C3异构化途径生成的中心代谢物3-epi-DON又可经C8-复原途径进一步降解构成8-羟基-3-epi-DON。研讨团队经过基因组测序、细菌人工染色体文库（BAC）构建、功用挑选及基因异源表达验证，发现两个经过水平搬运取得的新醛酮复原酶DONepi 和DONrd别离催化DON C3-异构化和C8-复原进程。
与传统的DON异构化由两种酶经过两步反响催化完结不同，DONepi可独自催化DON的C3异构化，研讨团队使用冷冻电镜（Cryo-EM）技能对其蛋白结构能够进行了解析，发现其构成一起的八聚体结构，由两个呈30°偏移的同源四聚体经过C端尾环彼此锚定构成，每个单体包括典型的AKR宗族(α/β)8桶状结构域与NADP⁺结合位点。结合量子力学/分子力学元动力学（QM/MM-MD）等多维度模仿剖析，团队发现DONepi催化DON异构化时，首要构成一个瞬时的酮基中心产品，随后，DONepi唆使该中心体在活性口袋内产生刚性旋转，经过NADPH介导的立体选择性复原生成3-epi-DON。这一“瞬时酮基中心产品”机制，为AKR宗族的功用多样化供给了新认知。而DONrd担任催化一种新的DON降解方法-C8酮基的复原。经过 AlphaFold2 结构猜测与分子对接剖析，发现DONrd相同具有(α/β)8桶状结构，但C端尾环与DONepi存在很明显差异，DON以不同的手性方向进入其催化活性口袋，会构成一对差向异构体：α-8-OH-DON和β-8-OH-DON，这是初次在DON降解中发现这种催化反响。这些中心代谢物还会在其他多个酶（如细胞色素P450酶等）的效果下进一步被降解，终究完结DON的完全降解。
综上，本研讨不只提醒了DON毒素的完全降解途径，破解了“传统技能降解不完全”的难题，更经过结构生物学与分子模仿的深度结合，提醒了AKR酶的新式催化机制，为其工程化改造供给了精准的蓝图。未来，跟着多酶协同降解系统的构建、酶制剂的产业化使用以及抗毒素生物育种的推动，该效果有望在产前作物抗毒素堆集、产后毒素消除等全链条的粮食安全防控中发挥中心效果，为真菌毒素污染管理供给绿色计划。一起，该研讨树立的“微生物挑选-基因判定-进化剖析-结构解析-机制验证” 技能系统，为其他真菌毒素（如黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮等）的降解研讨供给了参阅范式。
华中农业大学植物科学技能学院已出站博士后何伟杰为论文榜首作者（已获批掌管国家天然基金面上项目），我国科学院上海养分与健康研讨所武爱波研讨员（植科院兼职教授）、华中农业大学生命科学技能学院殷平教授和植物科学技能学院张静柏副教授为论文一起通讯作者，植科院廖玉才教授（已退休）、湖北省农业科学院粮食作物研讨所刘易科研讨员等对该作业给予了长时间辅导。该研讨得到国家天然科学基金、我国博士后科学基金等项目支撑。
