辅酶Q10与人体健康，尤其是心脏健康息息相关，它是线粒体呼吸链的电子传递体，也是脂溶性抗氧化剂。人体自身可以合成辅酶Q10，但20岁以后含量逐渐减低，服用他汀类药物还会影响辅酶Q10的合成。那么，能否创制辅酶Q10作物，提高植物食品中辅酶Q10的含量，为人们提供一种性价比高且环境友好的营养强化新方法？
2月14日，国际权威期刊《细胞》（Cell）在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心辰山科学研究中心陈晓亚院士团队和中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队等的合作研究成果。
该研究通过系统分析辅酶Q在陆生植物中的演化轨迹及关键酶自然变异，解析了植物辅酶Q侧链长度控制的分子机制，利用引导编辑技术，精准改变水稻基因组Coq1酶的5个氨基酸，创制了合成辅酶Q10的水稻新种质。
陈晓亚院士介绍，不同物种合成的辅酶Q侧链长度不同，辅酶Q10的侧链由10个异戊二烯单元（C50）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（C45）。为什么不同物种合成的辅酶Q侧链长度不同，其分子机制一直不明。得益于上海辰山植物园丰富的植物资源，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共67个科134种植物样品。通过检测各物种辅酶Q类型及系统分布特征，发现辅酶Q10是被子植物的祖先性状，多数植物仍然合成辅酶Q10，而禾本科、菊科和葫芦科植物等主要合成辅酶Q9。
结合对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，团队最终确定了决定链长的5个氨基酸位点。通过精准编辑，创制了主要合成辅酶Q10的水稻，其叶片和籽粒中辅酶Q10占总辅酶Q的75%，籽粒中辅酶Q10达5μg/g，且对水稻产量没有影响。
基因编辑已成为一种高效安全的先进作物改良技术，编辑的植物不含外源基因、遗传稳定。Q10水稻的研制成功，将大大丰富辅酶Q10的食物来源，也为大数据和AI辅助育种提供了一个范例。
据了解，辅酶Q10小麦编辑也取得重要进展。团队还在尝试创制富含辅酶Q10的蔬菜，已对人们食用较多的生菜展开相关工作。
这一研究突破也是院地合作结出的果实。在上海市政府的统筹规划和中国科学院的大力支持下，中国科学院分子植物科学卓越创新中心与上海市绿化和市容管理局共建中国科学院分子植物科学卓越创新中心辰山科学研究中心，中心自2010年10月挂牌以来，积极扶持培养科研力量，持续聚焦植物资源的科学保护与有效利用。
（记者 颜维琦）
