2月14日，上海科研團隊在國際期刊《細胞》（Cell）上在線發(fā)表題為“基于植物進化的輔酶Q10性狀設計”的科研論文，通過系統(tǒng)分析輔酶Q在陸生植物中的演化軌跡及關鍵酶自然變異，解析了植物輔酶Q側鏈長度控制的分子機制，利用引導編輯技術改變水稻基因組Coq1酶的5個氨基酸，創(chuàng)制了合成輔酶Q10的水稻新種質(zhì)，小麥編輯也取得重要進展。
該科研成果由中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)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(fā)育生物學研究所高彩霞團隊等合作完成。
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）。創(chuàng)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(huán)境友好的營養(yǎng)強化新方法，意義重大。
為什么不同物種合成的輔酶Q側鏈長度不同？其分子機制一直不明。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(nèi)共67個科134種植物樣品。檢測各物種輔酶Q類型及系統(tǒng)分布特征，發(fā)現(xiàn)輔酶Q10是被子植物的祖先性狀，多數(shù)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(nóng)作物性狀，創(chuàng)造高營養(yǎng)品質(zhì)，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(chuàng)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(chǎn)量沒有影響。基因編輯已成為一種高效安全的先進作物改良技術，編輯的植物不含外源基因、遺傳穩(wěn)定，近年來在發(fā)達國家發(fā)展迅速。Q10水稻的研制成功，將大大豐富輔酶Q10的食物來源，也為大數(shù)據(jù)和AI輔助育種提供了一個范例。
在上海市政府的統(tǒng)籌規(guī)劃和中國科學院的大力支持下，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心和上海市綠化和市容管理局共建中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心辰山科學研究中心，通過院地合作實現(xiàn)重大成果突破，助力辰山植物園科研團隊實現(xiàn)突破性成果產(chǎn)出，為持續(xù)聚焦植物資源的科學保護與有效利用提供堅實科研保障。（記者 楊正行)
來源：人民日報客戶端
責任編輯：林紅
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