您是否想過，有一天餐桌上的米飯不僅能填飽肚子，還能成為守護心臟、延緩衰老的天然營養劑？2月14日，中國科學院陳曉亞院士團隊與高彩霞團隊在國際頂級期刊《細胞》發表的科研成果，讓這個設想照進現實。

通過精準基因編輯技術，科學家僅改變水稻中5個氨基酸，便創制出全球首個富含輔酶Q10的水稻新種質。這意味著，未來中國人每天的主食可能成為對抗亞健康、守護心腦的“超級食物”。

什么是“輔酶Q10”？

輔酶Q10被譽為「人體發電機」，是驅動細胞能量代謝的核心物質。它能增強心肌功能、清除自由基、延緩衰老，被《中華人民共和國藥典》收錄為心腦血管疾病輔助藥物。但人體合成輔酶Q10的能力從20歲開始衰退，40歲時體內含量僅為20歲時的70%4。更棘手的是，全球約2.5億服用他汀類降脂藥的人群，其輔酶Q10合成會受藥物抑制。

傳統補充方式依賴深海魚類或化學合成保健品，但前者資源有限，后者存在吸收率低、價格昂貴（日均成本約10元）等問題。而此次研究出的輔酶Q10水稻，籽粒含量達5μg/g，按成人日均食用200克大米計算，相當于攝入1000μg輔酶Q10，已接近保健品的推薦劑量。這意味著未來普通人無需改變飲食習慣，就能獲得持續、安全的營養補充。

進化中丟失的“祖傳技能”

在億萬年的生命演化長河中，植物不斷調整自身的生存策略。研究團隊通過分析67科134種植物（從苔蘚到被子植物）發現，輔酶Q10的合成能力原本是大多數被子植物的“祖傳技能”。然而，禾本科作物（如水稻、小麥）在進化中卻“退化”了這一能力，轉而合成鏈長更短的輔酶Q9。

這還不得想辦法把“祖傳技能”找回來？！研究團隊鎖定了一種名為Coq1的酶，它能催化輔酶Q側鏈的延伸。原來，禾本科作物的Coq1酶在進化中發生了關鍵氨基酸位點的變異，導致其無法合成含10個異戊二烯單元的輔酶Q10，只能生成9個單元的輔酶Q9。這種“退化”可能是禾本科植物適應特定環境的策略，但代價是失去了對人體健康更重要的輔酶Q10合成能力。

梳理清楚了緣由，下一步就是恢復發生變異的點位。研究團隊通過基因編輯技術，精準修復了水稻Coq1酶上的5個變異位點，相當于“重啟”了被進化關閉的輔酶Q10合成通路。

改寫生命密碼的基因編輯技術

基因編輯技術是21世紀生命科學領域的革命性突破，它允許科學家像“文字編輯”一樣精確修改生物體的DNA序列。

目前主流技術包括：

CRISPR/Cas9系統：通過細菌免疫系統改造的「基因剪刀」，可精準切割特定DNA片段；

TALEN系統：利用人工設計的蛋白質識別特定DNA序列進行切割；

引導編輯技術：最新一代技術，無需切斷DNA雙鏈即可實現堿基替換，極大提高安全性和精準度。

本次研究中，科學家正是采用引導編輯技術，分析1000多種植物基因序列，通過機器學習鎖定決定輔酶Q鏈長的關鍵酶Coq1，精準修改其5個氨基酸位點。這種“無痕編輯”既保留了水稻原有遺傳穩定性，又激活了其合成輔酶Q10的潛能。

正如中國科學院院士、中國熱帶農業科學院院長黃三文評價所言，如何尋找基因編輯的靶標來提高培育更高產、營養更豐富的作物是現代農業生物技術的一個重大科學問題。這項突破性研究為開發富含輔酶Q10的功能性水稻品種打開了通路，有望為人類提供新型膳食營養來源。同樣重要的是，該研究為基于植物進化生物學和基因編輯技術實現作物精準遺傳改良與種質創新提供了一個成功范例，為未來作物育種助力。

可以期待的是，或許在不遠的未來，會有更多“會治病的主食”從實驗室走向田野，讓健康真正成為“一日三餐的自然饋贈”。

作者：宋雅娟

科學審核：高彩霞（中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員）

來源: 大國糧策

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