近日，中國農(nóng)業(yè)大學動物科學技術學院楊紅建教授團隊在生物技術方向國際權威期刊 Bioresource Technology 發(fā)表原創(chuàng)性研究論文《鄰苯二酚2,3-雙加氧酶棉酚降解能力的鑒定和改進：棉副產(chǎn)品資源化利用的新啟示》（Identification and boost of gossypol degradation ability of catechol 2,3-dioxygenase: Novel insights into resourceful utilization of cottonseed byproducts）。該項研究歷時2年，首次揭示了鄰苯二酚2,3-雙加氧酶的棉酚降解酶活和作用機制，并成功應用AI驅動的分子改良策略提升其降解效率，為新型棉酚降解酶開發(fā)提供了靶向目標技術策略。

蛋白飼料資源短缺一直是我國畜牧業(yè)長期發(fā)展面臨的重要挑戰(zhàn)。棉副產(chǎn)品年產(chǎn)量達2000萬噸以上，是重要的潛在蛋白來源，但由于游離棉酚的抗營養(yǎng)作用，其飼料化利用率不足40%。低酚棉品種雖棉酚濃度低，但受限于纖維細度高和產(chǎn)量低的缺點，并未得到大面積推廣。如何攻克棉酚安全高效脫毒這一關鍵瓶頸，仍然是進一步提高棉副產(chǎn)品飼喂價值和利用效率的必由之路。生物酶脫毒法具有環(huán)保、高效的優(yōu)點，但目前已經(jīng)報道的棉酚降解酶類型單一，且缺乏酶蛋白結構-催化功能關系研究，導致商品化開發(fā)的理論基礎薄弱。因此，進一步挖掘棉酚降解酶新質(zhì)生產(chǎn)力資源和開展分子改良研究具有重要的科學價值與現(xiàn)實意義。

近十年來，團隊成員圍繞瘤胃微生物對棉酚的脫毒機制開展了大量研究工作，通過廣泛篩選，構建了特異性棉酚高效降解菌株資源庫；深度解析了棉酚對瘤胃微生物群落結構與功能的動態(tài)響應規(guī)律；系統(tǒng)揭示了瘤胃微生物對棉酚的代謝通路和氧化還原脫毒機制。前期研究中，團隊成員創(chuàng)新性結合蛋白互作網(wǎng)絡拓撲分析和靶向基因敲除技術，精準定位了瘤胃源鼠李糖乳桿菌中能有效調(diào)控棉酚降解效率的關鍵基因catE (Wang Weikang et al., J. Agri. Food Chem, 2025, 73(2): 1619-1629)。本研究以該基因為靶點，通過反復比較優(yōu)化，成功構建畢赤酵母真核異源表達系統(tǒng)實現(xiàn)鄰苯二酚2,3-雙加氧酶CatE_W1的高效可溶性表達；整合細胞試驗和小鼠試驗雙層次多維度綜合評估CatE_W1降解棉酚產(chǎn)物的生物安全性；借助AlphaFold高精度建模和分子對接技術深入解析CatE_W1-棉酚復合物的三維構象及催化口袋微環(huán)境特征；通過氨基酸虛擬飽和突變挖掘影響底物結合能及催化效率的關鍵位點信息，探索驗證融合AI工具-傳統(tǒng)酶工程技術提高棉酚降解酶催化活性的可行性。

該項成果凝聚了團隊長期不懈的努力，前后歷經(jīng)數(shù)十位國內(nèi)外權威專家的多輪嚴格評閱與論證，最終獲得高度認可，為棉酚降解酶資源開發(fā)提供了新的視角。在科學層面上，首次闡明鄰苯二酚2,3-雙加氧酶降解棉酚的作用機理，構建AI驅動提高酶催化效率和穩(wěn)定性的研究范式；在產(chǎn)業(yè)應用上，為促進棉副產(chǎn)品資源在反芻動物生產(chǎn)中的安全高效利用提供新的酶學技術途徑。

該研究在中國農(nóng)業(yè)大學動物科技學院畜禽營養(yǎng)與飼養(yǎng)全國重點實驗室完成，王煒康博士后為論文第一作者，楊紅建教授為論文通訊作者，李勝利教授、曹志軍教授、王蔚副教授對本研究給予了大力支持，劉國世教授為本研究提供了動物試驗便利。

該研究獲得中國博士后科學基金特別資助（站前）（2022TQ0367）和面上資助（2023M743806）的經(jīng)費支持。

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