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(shè)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(guān)鍵酶自然變異，解析了植物輔酶Q側(cè)鏈長度控制的分子機制，利用引導(dǎo)編輯技術(shù)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(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心辰山科學(xué)研究中心陳曉亞院士團隊與中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所高彩霞團隊等合作完成。
輔酶Q10與人體健康，尤其是心臟健康息息相關(guān)，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(cè)鏈長度不同，人體自身合成輔酶Q10，側(cè)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(cè)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(cè)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(guān)鍵因子。結(jié)合對1000多種陸生植物輔酶Q側(cè)鏈合成酶Coq1氨基酸序列的進化分析和機器學(xué)習(xí)，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(shù)，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(xué)院的大力支持下，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)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(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心辰山科學(xué)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(xué)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(zé)任編輯：林紅
請輸入驗證碼