8月24日，中國科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所武愛波研究組在國際學(xué)術(shù)期刊Journal of Advanced Research在線發(fā)表了題為“Computational glycosyltransferases masked deoxynivalenol toxicity and halted FHB spread in wheat grains”的研究論文。研究通過開發(fā)EPP-GT深度學(xué)習(xí)模型，挖掘出新型糖基轉(zhuǎn)移酶UGTs，為真菌毒素安全控制提供新方案。
赤霉病是由禾谷鐮刀菌（Fusarium graminearum）引起的小麥主要病害，不僅可導(dǎo)致小麥減產(chǎn)，其產(chǎn)生的DON毒素對(duì)人體和動(dòng)物健康也構(gòu)成嚴(yán)重威脅。生物酶降解真菌毒素是一種環(huán)境友好且高效的脫毒策略，然而現(xiàn)有高效DON降解酶的種類和資源非常有限。
研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了專門用于糖基轉(zhuǎn)移酶（GTs）底物雜泛性預(yù)測(cè)的深度學(xué)習(xí)模型EPP-GT，該模型整合了來自GTDB、Rhea和RxnFinder等多個(gè)數(shù)據(jù)庫的酶-底物配對(duì)數(shù)據(jù)，采用圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合注意力機(jī)制的計(jì)算模擬方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)糖基轉(zhuǎn)移酶催化功能的高效預(yù)測(cè)。通過前期模型預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，成功挖掘出具有DON降解能力的新型UGTs，其物種來源分別為酸棗（Ziziphus jujuba）和野生稻（Oryza meyeriana）。體外催化實(shí)驗(yàn)表明這兩種酶能將DON轉(zhuǎn)化為低毒性的D3G，轉(zhuǎn)基因小麥相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，表達(dá)新型UGTs的小麥品系表現(xiàn)出對(duì)DON和禾谷鐮刀菌感染的顯著抗性，病害癥狀減輕，毒素積累減少。
本研究將深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的酶功能預(yù)測(cè)與農(nóng)業(yè)抗病應(yīng)用相結(jié)合，不僅拓展了功能性酶的發(fā)現(xiàn)路徑，也為作物抗病育種提供了新的基因資源，該策略有望應(yīng)用于更多毒素降解酶的發(fā)掘與應(yīng)用。
營(yíng)養(yǎng)與健康所研究員武愛波、武漢大學(xué)教授胡黔楠為該論文的通訊作者，營(yíng)養(yǎng)與健康所副研究員田野、新加坡國立大學(xué)助理教授張大川、瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)研究所博士后邢華東為該文共同第一作者。該工作得到國家自然科學(xué)基金委杰出青年科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。
圖：基于酶底物雜泛性預(yù)測(cè)（EPP-GT）模型篩選新型UGTs
原文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090123225006605
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