輔酶 Q（CoQ）是線(xiàn)粒體呼吸鏈中的電子傳遞體，對能量產(chǎn)生至關(guān)重要。人類(lèi)主要合成CoQ10（側鏈含有10個(gè)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(yíng)養補充劑，常用于促進(jìn)心血管健康。然而，人類(lèi)隨著(zhù)年齡增長(cháng)或使用他汀類(lèi)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(huì )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(guò)基因編輯技術(shù)改造農作物中的 Coq1 基因，使其能夠合成 CoQ10，就能為人類(lèi)提供更多的 CoQ10 膳食來(lái)源。然而，Coq1 調控和決定 CoQ 側鏈長(cháng)度的分子機制尚不清楚。
2025年2月13日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng )新中心陳曉亞團隊與中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所高彩霞團隊合作，在國際頂尖學(xué)術(shù)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(guò)系統的進(jìn)化分析和基因編輯技術(shù)，揭示了植物中 CoQ 形式的進(jìn)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(lèi)提供更多的膳食營(yíng)養來(lái)源。
在這項最新研究中，研究團發(fā)現，大多數開(kāi)花植物（約70%）主要合成 CoQ10，而 CoQ9 則在多個(gè)植物譜系中獨立進(jìn)化。CoQ9 的進(jìn)化可能與草本植物在特定環(huán)境條件下的適應性有關(guān)。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，Coq1 基因的第 240 位氨基酸是決定CoQ側鏈長(cháng)度的關(guān)鍵位點(diǎn)。當該位點(diǎn)為亮氨酸（Leu）或纈氨酸（Val）時(shí)，植物合成 CoQ10；為異亮氨酸（Ile）或甲硫氨酸（Met）時(shí)，則合成 CoQ9。
在上述發(fā)現的基礎上，研究團隊通過(guò)先導編輯（Prime Editing）對作物進(jìn)行基因工程改造，成功對水稻和小麥中的 Coq1 基因進(jìn)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(zhù)增加了 CoQ10 的含量，且不影響其生長(cháng)和產(chǎn)量。
總的來(lái)說(shuō)，該研究通過(guò)系統的進(jìn)化分析和基因編輯技術(shù)，揭示了植物中 CoQ 形式的進(jìn)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(lèi)提供更多的膳食營(yíng)養來(lái)源。這項研究不僅有助于提高作物的營(yíng)養價(jià)值，還為未來(lái)的作物改良和營(yíng)養強化提供了重要的理論基礎和技術(shù)支持。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00087-X
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