Cell：陈晓亚/高彩霞团队成功设计出产辅酶Q10作物，为人类提供更多的膳食营养来源

辅酶 Q（CoQ）是线粒体呼吸链中的电子传递体，对能量产生至关重要。人类主要合成CoQ₁₀（侧链含有10个异戊二烯单元），而许多谷物和蔬菜作物则主要合成 CoQ₉。CoQ₁₀ 是一种广泛使用的营养补充剂，常用于促进心血管健康。然而，人类随着年龄增长或使用他汀类药物（降低胆固醇和预防心血管疾病的常用药物），体内的 CoQ₁₀ 水平会下降。

Coq1 是一种反式异戊烯基二磷酸合酶，它合成 CoQ 的聚异戊二烯侧链，从而决定 CoQ 的形式。因此，通过基因编辑技术改造农作物中的 Coq1 基因，使其能够合成 CoQ₁₀，就能为人类提供更多的 CoQ₁₀ 膳食来源。然而，Coq1 调控和决定 CoQ 侧链长度的分子机制尚不清楚。

在这项最新研究中，研究团发现，大多数开花植物（约70%）主要合成 CoQ₁₀，而 CoQ₉ 则在多个植物谱系中独立进化。CoQ₉ 的进化可能与草本植物在特定环境条件下的适应性有关。草本植物例如禾本科（Poaceae）、菊科（Asteraceae）和葫芦科（Cucurbitaceae）主要合成 CoQ₉，这些植物在干旱、炎热和季节性变化较大的环境中具有较高的适应性。

该研究还发现，Coq1 基因的第 240 位氨基酸是决定CoQ侧链长度的关键位点。当该位点为亮氨酸（Leu）或缬氨酸（Val）时，植物合成 CoQ₁₀；为异亮氨酸（Ile）或甲硫氨酸（Met）时，则合成 CoQ₉。

在上述发现的基础上，研究团队通过先导编辑（Prime Editing）对作物进行基因工程改造，成功对水稻和小麦中的 Coq1 基因进行了编辑，使其能够合成 CoQ₁₀。改造后的水稻和小麦在叶片和籽粒中均显著增加了 CoQ₁₀ 的含量，且不影响其生长和产量。