中国科学院分子植物科学卓越创新中心辰山科学研究中心陈晓亚院士团队与中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队创制了合成辅酶Q10的水稻新种质。相关成果于2月14日发表于《细胞》。
▲视频来源：中国科学院分子植物科学卓越创新中心
01
锚定辅酶Q10作物
合成关键因子
辅酶Q10与人体健康，尤其是心脏健康息息相关。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，具有重要意义。
但不同物种合成的辅酶Q侧链长度不同。水稻等谷物以及一些蔬菜和水果，主要合成辅酶Q9，侧链含有9个异戊二烯单元（C45）。为什么不同物种合成的辅酶Q侧链长度不同，其分子机制一直不明。
要精准改造农作物性状，创造高营养品质，首先要精确锚定性状形成的关键因子。
得益于上海辰山植物园丰富的植物资源，科研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共67个科134种植物样品。
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▲植物辅酶Q种类的进化和关联氨基酸
检测这134种植物的辅酶Q类型，科研团队发现70%的检测物种主要合成辅酶Q10，而水稻、小麦、玉米在内的所有禾本科植物，以及一些蔬菜、水果，合成辅酶Q9。
从公共数据库中搜寻大量的植物基因组数据，科研团队利用大数据技术，获得1079种植物的1578条关键酶Coq1序列，分析其演化轨迹，结合AI机器学习，最终锁定L240（亮氨酸240）为关键位点，与其他数个位点一起决定辅酶Q的类型。
02
创制水稻新种质
科研团队通过系统分析辅酶Q在陆生植物中的演化轨迹及关键酶自然变异，解析了植物辅酶Q侧链长度控制的分子机制。
利用引导编辑技术改变水稻基因组Coq1酶的5个氨基酸，科研团队创制了主要合成辅酶Q10的水稻。
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▲引导编辑创制Q10水稻
该水稻叶片和籽粒中辅酶Q10占总辅酶Q的75%，籽粒中辅酶Q10达5 μg/g，且对水稻产量没有影响。
Q10水稻的研制成功，将大大丰富辅酶Q10的食物来源，也为大数据和AI辅助育种提供了一个范例。
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▲论文信息
来源：中国科学院分子植物科学卓越创新中心
责任编辑：曹旸