輔酶 Q（CoQ）是線粒體呼吸鏈中的電子傳遞體，對能量產生至關重要。人類主要合成CoQ10（側鏈含有10個異戊二烯單元），而許多谷物和蔬菜作物則主要合成 CoQ9。CoQ10 是一種廣泛使用的營養(yǎng)補充劑，常用于促進心血管健康。然而，人類隨著年齡增長或使用他汀類藥物（降低膽固醇和預防心血管疾病的常用藥物），體內的 CoQ10 水平會下降。
Coq1 是一種反式異戊烯基二磷酸合酶，它合成 CoQ 的聚異戊二烯側鏈，從而決定 CoQ 的形式。因此，通過基因編輯技術改造農作物中的 Coq1 基因，使其能夠合成 CoQ10，就能為人類提供更多的 CoQ10 膳食來源。然而，Coq1 調控和決定 CoQ 側鏈長度的分子機制尚不清楚。
2025年2月13日，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心陳曉亞團隊與中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所高彩霞團隊合作，在國際頂尖學術期刊 Cell 上發(fā)表了題為：Design of CoQ10 crops based on evolutionary history 的研究論文。
該研究通過系統(tǒng)的進化分析和基因編輯技術，揭示了植物中 CoQ 形式的進化歷史，并成功改造了水稻和小麥的 Coq1 基因，使其能夠合成 CoQ10，從而為人類提供更多的膳食營養(yǎng)來源。
在這項最新研究中，研究團發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)開花植物（約70%）主要合成 CoQ10，而 CoQ9 則在多個植物譜系中獨立進化。CoQ9 的進化可能與草本植物在特定環(huán)境條件下的適應性有關。草本植物例如禾本科（Poaceae）、菊科（Asteraceae）和葫蘆科（Cucurbitaceae）主要合成 CoQ9，這些植物在干旱、炎熱和季節(jié)性變化較大的環(huán)境中具有較高的適應性。
該研究還發(fā)現(xiàn)，Coq1 基因的第 240 位氨基酸是決定CoQ側鏈長度的關鍵位點。當該位點為亮氨酸（Leu）或纈氨酸（Val）時，植物合成 CoQ10；為異亮氨酸（Ile）或甲硫氨酸（Met）時，則合成 CoQ9。
在上述發(fā)現(xiàn)的基礎上，研究團隊通過先導編輯（Prime Editing）對作物進行基因工程改造，成功對水稻和小麥中的 Coq1 基因進行了編輯，使其能夠合成 CoQ10。改造后的水稻和小麥在葉片和籽粒中均顯著增加了 CoQ10 的含量，且不影響其生長和產量。
總的來說，該研究通過系統(tǒng)的進化分析和基因編輯技術，揭示了植物中 CoQ 形式的進化歷史，并成功改造了水稻和小麥的 Coq1 基因，使其能夠合成 CoQ10，從而為人類提供更多的膳食營養(yǎng)來源。這項研究不僅有助于提高作物的營養(yǎng)價值，還為未來的作物改良和營養(yǎng)強化提供了重要的理論基礎和技術支持。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00087-X
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