近日，中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所奶業創新團隊首次鑒定牛瘤胃微生物優勢脲酶冷凍電鏡結構，篩選獲得新型植物源綠色脲酶抑制劑表小檗堿。研究成果發表在國際權威期刊《iMeta》，為反芻動物尿素氮高效利用和豆粕減量提供了指導。
我國大豆進口依賴度高達85%左右，成為影響飼料和養殖企業的重要風險點，威脅我國糧食安全與養殖業健康發展。為此，國家開展實施了豆粕減量替代行動，陸續發布《飼用豆粕減量替代三年行動方案》等多個重要文件，將豆粕減量替代上升為養殖業重大需求。盡管反芻動物飼料中豆粕占比相對單胃動物低一些，但反芻動物豆粕替代資源豐富、可操作性強。長期以來，尿素被用于反芻動物飼料，以替代部分尿素和促進微生物氮合成。但是，由于瘤胃微生物脲酶活性過強，導致尿素利用率偏低，嚴重的話還會導致氨中毒。因此，開發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，也是促進豆粕減量替代的重要關鍵點之一。
奶業創新團隊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的重大需求，針對牛瘤胃優勢脲酶結構認識空白導致的新型脲酶抑制劑開發效率低問題，開展了“瘤胃微生物優勢脲酶鑒定——蛋白質結構解析——脲酶抑制劑篩選——抑制效果驗證”系統性科研攻關。通過宏基因組分析，鑒定優勢脲酶基因及其微生物基因組，發現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）進行結構分析，揭示了其活性位點的關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，抑制能力是傳統脲酶抑制劑乙酰氧肟酸的30倍。利用人工瘤胃模擬系統驗證表明，脲酶抑制劑表小檗堿通過結合到脲酶活性中心阻礙尿素進入，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構學機制。篩選到的脲酶抑制劑表小檗堿為開發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品支撐。
據悉，奶業創新團隊長期從事反芻動物脲酶抑制劑飼料添加劑開發和尿素高效利用研究與推廣工作，近年來在理論基礎、技術創新、產品創制和示范應用等方面取得了一系列突破，不僅在iMeta、Microbiome等頂尖期刊發表論文，而且兩項脲酶抑制劑成果入選農業火花技術。尤為重要的是，研發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，通過成果轉化落地實現了商業化生產與銷售，取得了良好的效果，充分踐行了國家豆粕減量替代行動。
