2月14日，中国科学院院士、分子植物科学卓越创新中心研究员陈晓亚团队，联合遗传与发育生物学研究所研究员高彩霞团队等，在《细胞》（Cell）上在线发表了题为《基于植物进化的辅酶Q10性状设计》（Design of CoQ10 crops based on evolutionary history）的研究论文。该研究通过剖析辅酶Q在陆生植物中的演化轨迹与关键酶自然变异，解析了植物辅酶Q侧链长度控制的分子机制，并利用引导编辑技术改变水稻基因组Coq1酶的5个氨基酸，创制了合成辅酶Q10的水稻新种质，同时使小麦编辑取得了重要进展。
辅酶Q10与人体健康尤其是心脏健康相关。辅酶Q10是线粒体呼吸链的电子传递体也是脂溶性抗氧化剂。不同物种合成的辅酶Q侧链长度不同。人体自身合成辅酶Q10，侧链由10个异戊二烯单元组成，而水稻等谷物以及一些蔬菜和水果主要合成辅酶Q9，侧链含有9个异戊二烯单元。创制辅酶Q10作物，提高植物食品中辅酶Q10的含量，是性价比高且环境友好的营养强化新方法。
目前，不同物种合成的辅酶Q侧链长度不同的原因及分子机制尚不清楚。得益于上海辰山植物园丰富的植物资源，该团队采集了包括苔藓、石松、蕨类、裸子植物和被子植物在内的67个科134种植物样品。研究检测各物种辅酶Q类型和系统分布特征发现，辅酶Q10是被子植物的祖先性状，多数植物仍合成辅酶Q10，而禾本科、菊科和葫芦科植物等主要合成辅酶Q9。
若要精准改造农作物性状，创造高营养品质，则需要精确锚定性状形成的关键因子。该研究通过对1000多种陆生植物辅酶Q侧链合成酶Coq1氨基酸序列的进化分析和机器学习，确定了决定链长的5个氨基酸位点。研究通过精准编辑，创制了主要合成辅酶Q10的水稻。它的叶片和籽粒中辅酶Q10占总辅酶Q的75%，籽粒中辅酶Q10达5 μg/g，且对水稻产量没有影响。
Q10水稻的研制成功，有望丰富辅酶Q10的食物来源，并为大数据和AI辅助育种提供范例。
研究工作得到国家自然科学基金委员会、中国科学院以及上海市、云南省等的支持。
论文链接
植物辅酶Q种类的进化和关联氨基酸
引导编辑创制Q10水稻
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