新的除草劑tetflupyrolimet

 

噴灑過除草劑的地方。圖片來源：維基百科

為了維護農作物的產量，從手工除草到使用除草劑，人類與雜草的戰爭永遠無法停止。從1940年W. G. Templeman 發明2,4-D到現在，全世界每年花費247億美金在農藥上，其中44%是除草劑的支出。

但是，對我們來說噴農藥是維護農業收入，對雜草來說可是是生與死的戰爭。所以，不意外的，雜草發展出抗藥性只是遲早的事。於是，科學家們努力尋找更有效的除草劑。

最近透過生物篩選機制找到了一個新的除草劑「tetflupyrolimet」。研究發現，tetflupyrolimet能夠抑制一個關鍵酶——二氫烏拉酸脫氫酶（DHODH，dihydroorotate dehydrogenase），二氫烏拉酸脫氫酶負責在嘧啶生物合成途徑中將二氫烏拉酸（dihydroorotate）氧化成烏拉酸（orotate）。這一步驟是嘧啶核苷酸生物合成中的一個重要階段。在這個過程中，二氫烏拉酸首先被DHODH催化，經過去氫作用，轉化成烏拉酸。隨後，烏拉酸進一步參與一系列的生化反應，最終合成出嘧啶核苷酸。

因此，當DHODH的活性被抑制時，嘧啶生物合成途徑會受到干擾，從而影響到DNA和RNA的合成，進而抑制植物的生長和繁殖。

研究中使用了阿拉伯芥（Arabidopsis thaliana，雙子葉植物）和狗尾草（Setaria italica，單子葉植物）來研究tetflupyrolimet的效果。實驗顯示，這種除草劑對這兩種植物的生長有明顯的抑制作用，表現在莖長和根長的減少上。

在對阿拉伯芥和狗尾草的測試中，研究人員發現這些植物對tetflupyrolimet的反應呈現劑量依賴性。這意味著當除草劑的濃度增加時，這些植物的生長抑制程度也隨之增加。

不同植物種對tetflupyrolimet的敏感性有所不同。例如，阿拉伯芥和狗尾草對這種除草劑的敏感性就有所差異，這反映在它們生長抑制的程度上。阿拉伯芥 的根長抑制50%所需的tetflupyrolimet濃度（IC50值）約為17 ± 0.07奈莫耳（nM）。而狗尾草 的IC50值則為3.3 ± 0.10奈莫耳（nM）。這些數據顯示，狗尾草對tetflupyrolimet的敏感性遠高於阿拉伯芥，可能可以用來選擇性的除掉單子葉的雜草？

研究顯示，在植物的早期發育階段，tetflupyrolimet的影響尤為明顯。這表明，這種除草劑可能最有效地用於植物生長的早期階段，如種子萌芽和幼苗時期。

在當今全球範圍內對於農藥抗性不斷增強的背景下，這個研究對於理解植物生理學和開發新型農藥具有重要意義。

參考文獻：

Kang IH, Emptage RP, Kim SI, Gutteridge S. A Novel mechanism of herbicide action through disruption of pyrimidine biosynthesis. Proc Natl Acad Sci U S A. 2023 Nov 28;120(48):e2313197120. doi: 10.1073/pnas.2313197120. Epub 2023 Nov 21. PMID: 37988466.