輔酶Q10可從米飯中獲得水稻重拾“祖業(yè)”

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2025-02-14 19:55:16 上觀

靠吃米飯就能給人體補(bǔ)充有助于心血管健康的輔酶Q10？或許幾年之后，市場(chǎng)上就能買到這種神奇大米。國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》發(fā)表了一項(xiàng)來自中國科學(xué)家的研究成果：他們只改動(dòng)了水稻輔酶Q基因上的十幾個(gè)核苷酸“字母”，就使這座“植物工廠”從輔酶Q9改為“生產(chǎn)”輔酶Q10。目前，這種新稻種質(zhì)的培育工作正在逐步推進(jìn)。

這項(xiàng)研究還開啟了一條以進(jìn)化生物學(xué)指導(dǎo)基因編輯的新思路。輔酶Q10不僅與心臟健康息息相關(guān)，還是線粒體呼吸鏈的電子傳遞體，更是一種脂溶性抗氧化劑，有助于改善人體疲勞、降血脂、提升免疫力。不同物種合成的輔酶Q略有不同，例如人體合成的是輔酶Q10，而小鼠、水稻、擬南芥合成的是輔酶Q9，大腸桿菌則合成輔酶Q8。

多年前，中國科學(xué)院院士陳曉亞提出疑問：這種差異僅在輔酶Q的一條側(cè)鏈的長短，為何會(huì)這樣？中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心與上海辰山植物園的合作為解開這個(gè)科學(xué)問題帶來了契機(jī)。通過檢測(cè)苔蘚、石松、蕨類等67個(gè)科134種植物樣品的輔酶Q，發(fā)現(xiàn)合成輔酶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（包括水稻、小麥等作物）、菊科和葫蘆科植物等主要合成輔酶Q9。有趣的是，水稻仍帶有合成輔酶Q10的基因，只是已殘缺不全。這激發(fā)了研究組讓水稻重拾“祖業(yè)”的想法。

2015年，許晶晶加入陳曉亞研究組，在辰山植物園用轉(zhuǎn)基因方法將番茄中的輔酶Q10含量提升了7倍。隨后，團(tuán)隊(duì)開始嘗試精確錨定性狀形成的關(guān)鍵基因位點(diǎn)。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并結(jié)合進(jìn)化和機(jī)器學(xué)習(xí)分析，最終確定了5個(gè)氨基酸位點(diǎn)，總共只需改動(dòng)十幾個(gè)核苷酸“字母”，就能讓基因指令從“合成輔酶Q9”變?yōu)椤昂铣奢o酶Q10”。在中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員高彩霞的支持下，創(chuàng)制出了輔酶Q10水稻新種質(zhì)。

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