S-Metolachlor解毒の代謝経路は、耐性トウモロコシと多耐性ウォーターヘンプの間で異なります

雑草の除草剤耐性は、迅速な代謝解毒などの標的部位および/または非ターゲット部位メカニズムによって授与される可能性があります。非常に長い鎖脂肪酸阻害除草剤であるS-Metolachlorに対する耐性除草剤耐性集団（CHRおよびSIR）のウォーターヘンプ（Amaranthus tuberculatus）は、敏感な集団と比較して迅速な代謝によって授与されます。しかし、ウォーターヘンプにおけるS-メトラクロル代謝の酵素経路は不明です。S-Metolachlorを使用した酵素アッセイは、CHRおよびSIR実生からのグルタチオンS-トランスフェラーゼ（GST）およびシトクロムP450モノオキシゲナーゼ（P450）の特定の活性を決定するために開発され、耐性コーンおよび敏感な水ヘンポ（WUS）と比較しました。GST活動は、WUSと比較してCHRおよびSIRでより大きく（〜2倍）、トウモロコシよりもはるかに少なかった。対照的に、CHRおよびSIRからのミクロソーム抽出物のP450はO-デメチル化S-メトラクロルを形成し、それらのNADPH依存性の特定の活性は、コーンまたはWUSよりも大きかった（> 20倍）。CHRおよびSIRからの標準化されていない標的液体クロマトグラフィマス分光法を介して生成されたS-メトラクロルの代謝物プロファイルはWUSとは異なり、O-デメチル化S-メトラクロルとO-デメチル化S-メトラクロル - グルタチオン共同体の相対的存在量は、CHRおよびSIRによって形成されました。。要約すると、我々の結果は、耐性ウォーターヘンプにおけるS-メトラクロル代謝には、コンサートで作用するフェーズIおよびフェーズII代謝活動が含まれることを示していますが、最初のOデメチル化反応は耐性を付与します。

Herbicide resistance in weeds can be conferred by target-site and/or non-target-site mechanisms, such as rapid metabolic detoxification. Resistance to the very-long-chain fatty acid-inhibiting herbicide, S-metolachlor, in multiple herbicide-resistant populations (CHR and SIR) of waterhemp (Amaranthus tuberculatus) is conferred by rapid metabolism compared with sensitive populations. However, enzymatic pathways for S-metolachlor metabolism in waterhemp are unknown. Enzyme assays using S-metolachlor were developed to determine the specific activities of glutathione S-transferases (GSTs) and cytochrome P450 monooxygenases (P450s) from CHR and SIR seedlings to compare with tolerant corn and sensitive waterhemp (WUS). GST activities were greater (∼2-fold) in CHR and SIR compared to WUS but much less than corn. In contrast, P450s in microsomal extracts from CHR and SIR formed O-demethylated S-metolachlor, and their NADPH-dependent specific activities were greater (>20-fold) than corn or WUS. Metabolite profiles of S-metolachlor generated via untargeted and targeted liquid chromatography-mass spectrometry from CHR and SIR differed from WUS, with greater relative abundances of O-demethylated S-metolachlor and O-demethylated S-metolachlor-glutathione conjugates formed by CHR and SIR. In summary, our results demonstrate that S-metolachlor metabolism in resistant waterhemp involves Phase I and Phase II metabolic activities acting in concert, but the initial O-demethylation reaction confers resistance.