绿色脲酶抑制剂研究新突破:表小檗碱

近日,中国农业科学院北京畜牧兽医研究所奶业创新团队首次鉴定牛瘤胃微生物优势脲酶冷冻电镜结构,筛选获得新型植物源绿色脲酶抑制剂表小檗碱。研究成果发表在国际权威期刊《iMeta》,为反刍动物尿素氮高效利用和豆粕减量提供了指导。

　我国大豆进口依赖度高达85%左右,成为影响饲料和养殖企业的重要风险点,威胁我国粮食安全与养殖业健康发展。为此,国家开展实施了豆粕减量替代行动,陆续发布《饲用豆粕减量替代三年行动方案》等多个重要文件,将豆粕减量替代上升为养殖业重大需求。尽管反刍动物饲料中豆粕占比相对单胃动物低一些,但反刍动物豆粕替代资源丰富、可操作性强。长期以来,尿素被用于反刍动物饲料,以替代部分尿素和促进微生物氮合成。但是,由于瘤胃微生物脲酶活性过强,导致尿素利用率偏低,严重的话还会导致氨中毒。因此,开发新型尤其是绿色脲酶抑制剂对于提高饲料中尿素用量和利用率具有重要意义,也是促进豆粕减量替代的重要关键点之一。

　奶业创新团队研究员赵圣国与研究员王加启等科研人员面向新型绿色脲酶抑制剂研发的重大需求,针对牛瘤胃优势脲酶结构认识空白导致的新型脲酶抑制剂开发效率低问题,开展了“瘤胃微生物优势脲酶鉴定——蛋白质结构解析——脲酶抑制剂筛选——抑制效果验证”系统性科研攻关。通过宏基因组分析,鉴定优势脲酶基因及其微生物基因组,发现来自琥珀酸弧菌科新菌属,重建完整的脲酶基因簇与尿素代谢通路。通过冷冻电镜对脲酶催化亚基(UreC)进行结构分析,揭示了其活性位点的关键氨基酸通过分子对接筛选鉴定到新型高效植物源脲酶抑制剂表小檗碱,抑制能力是传统脲酶抑制剂乙酰氧肟酸的30倍。利用人工瘤胃模拟系统验证表明,脲酶抑制剂表小檗碱通过结合到脲酶活性中心阻碍尿素进入,从而降低尿素分解速度并提高氮利用率,阐明了脲酶抑制的结构学机制。筛选到的脲酶抑制剂表小檗碱为开发新型饲料添加剂提供了方向,也为牛羊豆粕减量替代提供了产品支撑。

　据悉,奶业创新团队长期从事反刍动物脲酶抑制剂饲料添加剂开发和尿素高效利用研究与推广工作,近年来在理论基础、技术创新、产品创制和示范应用等方面取得了一系列突破,不仅在iMeta、Microbiome等顶尖期刊发表论文,而且两项脲酶抑制剂成果入选农业火花技术。尤为重要的是,研发的第二代脲酶抑制剂红三叶草提取物已于2023年获批国家新饲料添加剂,通过成果转化落地实现了商业化生产与销售,取得了良好的效果,充分践行了国家豆粕减量替代行动。 作者:冯建伟 见习记者 王婉晴 来源:农民日报客户端