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近日，中国农业大学动物科学技术学院杨红建教授团队在生物技术方向国际权威期刊 Bioresource Technology 发表原创性研究论文《邻苯二酚2,3-双加氧酶棉酚降解能力的鉴定和改进：棉副产品资源化利用的新启示》（Identification and boost of gossypol degradation ability of catechol 2,3-dioxygenase: Novel insights into resourceful utilization of cottonseed byproducts）。该项研究历时2年，首次揭示了邻苯二酚2,3-双加氧酶的棉酚降解酶活和作用机制，并成功应用AI驱动的分子改良策略提升其降解效率，为新型棉酚降解酶开发提供了靶向目标技术策略。
蛋白饲料资源短缺一直是我国畜牧业长期发展面临的重要挑战。棉副产品年产量达2000万吨以上，是重要的潜在蛋白来源，但由于游离棉酚的抗营养作用，其饲料化利用率不足40%。低酚棉品种虽棉酚浓度低，但受限于纤维细度高和产量低的缺点，并未得到大面积推广。如何攻克棉酚安全高效脱毒这一关键瓶颈，仍然是进一步提高棉副产品饲喂价值和利用效率的必由之路。生物酶脱毒法具有环保、高效的优点，但目前已经报道的棉酚降解酶类型单一，且缺乏酶蛋白结构-催化功能关系研究，导致商品化开发的理论基础薄弱。因此，进一步挖掘棉酚降解酶新质生产力资源和开展分子改良研究具有重要的科学价值与现实意义。
近十年来，团队成员围绕瘤胃微生物对棉酚的脱毒机制开展了大量研究工作，通过广泛筛选，构建了特异性棉酚高效降解菌株资源库；深度解析了棉酚对瘤胃微生物群落结构与功能的动态响应规律；系统揭示了瘤胃微生物对棉酚的代谢通路和氧化还原脱毒机制。前期研究中，团队成员创新性结合蛋白互作网络拓扑分析和靶向基因敲除技术，精准定位了瘤胃源鼠李糖乳杆菌中能有效调控棉酚降解效率的关键基因catE (Wang Weikang et al., J. Agri. Food Chem, 2025, 73(2): 1619-1629)。本研究以该基因为靶点，通过反复比较优化，成功构建毕赤酵母真核异源表达系统实现邻苯二酚2,3-双加氧酶CatE_W1的高效可溶性表达；整合细胞试验和小鼠试验双层次多维度综合评估CatE_W1降解棉酚产物的生物安全性；借助AlphaFold高精度建模和分子对接技术深入解析CatE_W1-棉酚复合物的三维构象及催化口袋微环境特征；通过氨基酸虚拟饱和突变挖掘影响底物结合能及催化效率的关键位点信息，探索验证融合AI工具-传统酶工程技术提高棉酚降解酶催化活性的可行性。
该项成果凝聚了团队长期不懈的努力，前后历经数十位国内外权威专家的多轮严格评阅与论证，最终获得高度认可，为棉酚降解酶资源开发提供了新的视角。在科学层面上，首次阐明邻苯二酚2,3-双加氧酶降解棉酚的作用机理，构建AI驱动提高酶催化效率和稳定性的研究范式；在产业应用上，为促进棉副产品资源在反刍动物生产中的安全高效利用提供新的酶学技术途径。
该研究在中国农业大学动物科技学院畜禽营养与饲养全国重点实验室完成，王炜康博士后为论文第一作者，杨红建教授为论文通讯作者，李胜利教授、曹志军教授、王蔚副教授对本研究给予了大力支持，刘国世教授为本研究提供了动物试验便利。该研究获得中国博士后科学基金特别资助（站前）（2022TQ0367）和面上资助（2023M743806）的经费支持。
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