『陈晓』亚院士和研究团队在实验室里研究试验方法 郜阳 摄
辅酶Q10是网上销售“长盛不衰”的营养保健品，它和人体健康尤其是心脏健康息息相关。
日前，中科院分子植物科学卓越创新中心辰山科学研究中心『陈晓』亚团队与中科院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队等合作，联合创制辅酶Q10水稻新种质。北京时间今天凌晨，相关成果在国际顶尖学术期刊《细胞》上在线发表。
从Q9“走向”Q10
心脏领域临床专家向记者介绍，辅酶Q10是线粒体呼吸链的电子传递体，也是一种脂溶性抗氧化剂，存在于人体所有组织细胞中。它在细胞能量产生过程中发挥关键作用，同时还参与能量供应、抗氧化和中和氧自由基等过程。
正常情况下，人体组织对辅酶Q10的需求可以通过自身合成满足，无须外源性补充。然而，随着年龄增长，人体内源性合成辅酶Q10的能力会逐渐下降，某些病理情况也会影响其合成能力。此时，外源性补充辅酶Q10有助于维持其在血液和组织中的正常浓度。
据悉，人每天从食物中可获取3到5毫克的辅酶Q10，而天然谷物无法提供这种物质。『陈晓』亚介绍，不同物种合成的辅酶Q侧链长度不同，人和哺乳动物能够合成辅酶Q10，而水稻等主要粮食作物则主要合成辅酶Q9。研究发现，Coq1基因合成并决定了辅酶Q侧链的长度。科研团队提出，创制辅酶Q10作物，提高植物食品中辅酶Q10的含量，是一种性价比高且环境友好的营养强化新方法，具有重大意义。
创制“合成水稻”
辅酶Q9和辅酶Q10看似相近，但不同物种合成的辅酶Q侧链长度不同，其分子机制长期以来一直不明。得益于上海辰山植物园丰富的植物资源，研究团队采集了包括苔藓、石松、蕨类、裸子植物和被子植物在内的67个科134种植物样品。
“我们发现，植物中辅酶Q10和Q9的分布具有明显的科属特异性，70%的检测物种主要合成Q10，而禾本科、菊科和葫芦科植物等主要合成辅酶Q9。”论文共同第一作者、上海辰山植物园科研助理、副研究员许晶晶介绍。
jrhz.info要精准改造农作物性状，创造高营养品质，首先需要精确锚定性状形成的关键因子。结合对千余种陆生植物辅酶Q侧链合成酶Coq1氨基酸序列的进化分析和机器学习，科研团队最终确定了决定链长的五个氨基酸位点，并通过精准编辑技术，成功创制了主要合成辅酶Q10的水稻。『陈晓』亚表示：“经过测算，食用辅酶Q10水稻，每天能让人多吸收1到2毫克的辅酶Q10，且高温蒸煮不会对其营养成分造成破坏。”
中科院院士、中国热带农业科学院院长黄三文指出，这项成果不仅深化了人们对辅酶Q生物合成途径的理解，更为作物营养强化提供了新的分子靶点，“研究也有望为人类提供新型膳食营养来源”。
实现模式创新
每次重要的突破，背后都是脚踏实地的积淀。许晶晶表示，创制合成辅酶Q10的水稻经历了“三步走”：首先通过转基因方法提高番茄中辅酶Q10的含量，相关成果发表在《代谢工程》上；随后鉴定了一种关键酶，成果发表在《科学》子刊上。此次科研团队利用的是基因编辑技术，这是一种高效安全的先进作物改良技术，编辑后的植物不含外源基因，遗传稳定，近年来在发达国家发展迅速。“Q10水稻的研制成功，不仅丰富了辅酶Q10的食物来源，也为大数据和AI辅助育种提供了范例。”
记者了解到，科研团队培育的辅酶Q10水稻新种目前已收获第二代。科学家还将这一成果应用于小麦和生菜，并已取得一定进展。不过，目前辅酶Q10水稻仍处于实验室阶段，距离大规模种植还有一段路要走。许晶晶表示：“接下来，我们计划通过基因编辑进一步提高水稻中辅酶Q10的含量。根据此前研究番茄的经验，提升空间值得期待。”
值得一提的是，辅酶Q10水稻的诞生也是一次模式创新——中科院分子植物科学卓越创新中心与上海辰山植物园“院地携手”实现了重大成果突破。如今，上海辰山植物园已构建起植物多样性保护、代谢与资源植物开发利用、园艺与生物技术三大特色研究板块，成功打造了三个省部级以上科研基地，初步形成“一室两中心三平台”的科研体系。本报记者 郜阳 金旻矣
