近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所奶業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首次鑒定牛瘤胃微生物優(yōu)勢脲酶冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，篩選獲得新型植物源綠色脲酶抑制劑表小檗堿。研究成果發(fā)表在國際權(quán)威期刊《iMeta》，為反芻動(dòng)物尿素氮高效利用和豆粕減量提供了指導(dǎo)。

我國大豆進(jìn)口依賴度高達(dá)85%左右，成為影響飼料和養(yǎng)殖企業(yè)的重要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，威脅我國糧食安全與養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展。為此，國家開展實(shí)施了豆粕減量替代行動(dòng)，陸續(xù)發(fā)布《飼用豆粕減量替代三年行動(dòng)方案》等多個(gè)重要文件，將豆粕減量替代上升為養(yǎng)殖業(yè)重大需求。盡管反芻動(dòng)物飼料中豆粕占比相對單胃動(dòng)物低一些，但反芻動(dòng)物豆粕替代資源豐富、可操作性強(qiáng)。長期以來，尿素被用于反芻動(dòng)物飼料，以替代部分尿素和促進(jìn)微生物氮合成。但是，由于瘤胃微生物脲酶活性過強(qiáng)，導(dǎo)致尿素利用率偏低，嚴(yán)重的話還會導(dǎo)致氨中毒。因此，開發(fā)新型尤其是綠色脲酶抑制劑對于提高飼料中尿素用量和利用率具有重要意義，也是促進(jìn)豆粕減量替代的重要關(guān)鍵點(diǎn)之一。

奶業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研究員趙圣國與研究員王加啟等科研人員面向新型綠色脲酶抑制劑研發(fā)的重大需求，針對牛瘤胃優(yōu)勢脲酶結(jié)構(gòu)認(rèn)識空白導(dǎo)致的新型脲酶抑制劑開發(fā)效率低問題，開展了“瘤胃微生物優(yōu)勢脲酶鑒定——蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析——脲酶抑制劑篩選——抑制效果驗(yàn)證”系統(tǒng)性科研攻關(guān)。通過宏基因組分析，鑒定優(yōu)勢脲酶基因及其微生物基因組，發(fā)現(xiàn)來自琥珀酸弧菌科新菌屬，重建完整的脲酶基因簇與尿素代謝通路。通過冷凍電鏡對脲酶催化亞基（UreC）進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，揭示了其活性位點(diǎn)的關(guān)鍵氨基酸.通過分子對接篩選鑒定到新型高效植物源脲酶抑制劑表小檗堿，抑制能力是傳統(tǒng)脲酶抑制劑乙酰氧肟酸的30倍。利用人工瘤胃模擬系統(tǒng)驗(yàn)證表明，脲酶抑制劑表小檗堿通過結(jié)合到脲酶活性中心阻礙尿素進(jìn)入，從而降低尿素分解速度并提高氮利用率，闡明了脲酶抑制的結(jié)構(gòu)學(xué)機(jī)制。篩選到的脲酶抑制劑表小檗堿為開發(fā)新型飼料添加劑提供了方向，也為牛羊豆粕減量替代提供了產(chǎn)品支撐。

據(jù)悉，奶業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)長期從事反芻動(dòng)物脲酶抑制劑飼料添加劑開發(fā)和尿素高效利用研究與推廣工作，近年來在理論基礎(chǔ)、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)制和示范應(yīng)用等方面取得了一系列突破，不僅在iMeta、Microbiome等頂尖期刊發(fā)表論文，而且兩項(xiàng)脲酶抑制劑成果入選農(nóng)業(yè)火花技術(shù)。尤為重要的是，研發(fā)的第二代脲酶抑制劑紅三葉草提取物已于2023年獲批國家新飼料添加劑，通過成果轉(zhuǎn)化落地實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)與銷售，取得了良好的效果，充分踐行了國家豆粕減量替代行動(dòng)。

農(nóng)民日報(bào)·中國農(nóng)網(wǎng)記者 馮建偉 見習(xí)記者 王婉晴