Cell 海報。本文圖片均為 上海辰山植物園 圖

輔酶Q10是細胞能量代謝的關鍵成分，具有抗氧化、保護心臟的重要作用。未來，吃米飯就能給人體補充輔酶Q10。

2月14日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心辰山科學研究中心陳曉亞院士團隊與中國科學院遺傳與發育生物學研究所高彩霞團隊聯合攻關，在國際權威期刊Cell上在線發表了題為“Design of CoQ10 crops based on evolutionary history（基于植物進化的輔酶Q10性狀設計）”的科研論文。

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上海辰山植物園副研究員許晶晶作為第一作者，與團隊解析了植物輔酶Q側鏈長度控制的分子機制，通過系統分析輔酶Q在陸生植物中的演化軌跡及關鍵酶自然變異，利用引導編輯技術改變水稻基因組Coq1酶的5個氨基酸，創制了合成輔酶Q10的水稻新種質，小麥編輯也取得重要進展。

輔酶Q10與人體健康，尤其是心臟健康息息相關，它是線粒體呼吸鏈的電子傳遞體，也是脂溶性抗氧化劑。不同物種合成的輔酶Q側鏈長度不同，人體自身合成輔酶Q10，側鏈由10個異戊二烯單元（C50）組成，而水稻等谷物以及一些蔬菜和水果，主要合成輔酶Q9，側鏈含有9個異戊二烯單元（C45）。

實驗人員進行討論

為什么不同物種合成的輔酶Q側鏈長度不同？得益于上海辰山植物園豐富的植物資源，該團隊采集了包括苔蘚、石松、蕨類、裸子植物和被子植物在內的共67個科134種植物樣品。檢測各物種輔酶Q類型及系統分布特征，發現輔酶Q10是被子植物的祖先性狀，多數植物仍然合成輔酶Q10，而禾本科、菊科和葫蘆科植物等主要合成輔酶Q9。

要精準改造農作物性狀，創造高營養品質，首先要精確錨定性狀形成的關鍵因子。結合對1000多種陸生植物輔酶Q側鏈合成酶Coq1氨基酸序列的進化分析和機器學習，科研團隊最終確定了決定鏈長的5個氨基酸位點。通過精準編輯，創制了主要合成輔酶Q10的水稻，其葉片和籽粒中輔酶Q10占總輔酶Q的75%，籽粒中輔酶Q10達5 μg/g，且對水稻產量沒有影響。

引導編輯創制Q10水稻

創制輔酶Q10作物，提高植物食品中輔酶Q10的含量，是一種性價比高且環境友好的營養強化新方法，人類日常飲食中輔酶Q10來源少，這一成果對食物性輔酶Q10人體日常外源性補充，做出了重大貢獻。

中國科學院院士、中國熱帶農業科學院院長黃三文表示，這項突破性研究為開發富含輔酶Q10的功能性水稻品種打開了通路，有望為人類提供新型膳食營養來源。同樣重要的是，該研究為基于植物進化生物學和基因編輯技術實現作物精準遺傳改良與種質創新提供了一個成功范例，為未來作物育種助力。

植物輔酶Q種類的進化和關聯氨基酸

上海辰山植物園許晶晶副研究員、遺傳發育所博士生雷源、上海交通大學張曉凡博士、上海辰山植物園李建戌副研究員為共同第一作者，中國科學院分子植物科學卓越創新中心陳曉亞院士和中國科學院遺傳與發育生物學研究所高彩霞研究員為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金委員會、中國科學院、上海市科學技術委員會、上海市綠化和市容管理局辰山專項、云南省科技廳、新基石等項目的資助。