【顶刊论文解读】水稻进化中丢掉的“祖传技能”，被科学家用基因编辑找回来了

健康生活 2025年02月22日 14:45 2 admin

来源：光明网

您是否想过，有一天餐桌上的米饭不仅能填饱肚子，还能成为守护心脏、延缓衰老的天然营养剂？2月14日，中国科学院陈晓亚院士团队与高彩霞团队在国际顶级期刊《细胞》发表的科研成果，让这个设想照进现实。

通过精准基因编辑技术，科学家仅改变水稻中5个氨基酸，便创制出全球首个富含辅酶Q10的水稻新种质。这意味着，未来中国人每天的主食可能成为对抗亚健康、守护心脑的“超级食物”。

什么是“辅酶Q10”？

辅酶Q10被誉为“人体发电机”，是驱动细胞能量代谢的核心物质。它能增强心肌功能、清除自由基、延缓衰老，被《中华人民共和国药典》收录为心脑血管疾病辅助药物。但人体合成辅酶Q10的能力从20岁开始衰退，40岁时体内含量仅为20岁时的70%4。更棘手的是，全球约2.5亿服用他汀类降脂药的人群，其辅酶Q10合成会受药物抑制。

传统补充方式依赖深海鱼类或化学合成保健品，但前者资源有限，后者存在吸收率低、价格昂贵（日均成本约10元）等问题。而此次研究出的辅酶Q10水稻，籽粒含量达5μg/g，按成人日均食用200克大米计算，相当于摄入1000μg辅酶Q10，已接近保健品的推荐剂量。这意味着未来普通人无需改变饮食习惯，就能获得持续、安全的营养补充。

进化中丢失的“祖传技能”

在亿万年的生命演化长河中，植物不断调整自身的生存策略。研究团队通过分析67科134种植物（从苔藓到被子植物）发现，辅酶Q10的合成能力原本是大多数被子植物的“祖传技能”。然而，禾本科作物（如水稻、小麦）在进化中却“退化”了这一能力，转而合成链长更短的辅酶Q9。

这还不得想办法把“祖传技能”找回来？！研究团队锁定了一种名为Coq1的酶，它能催化辅酶Q侧链的延伸。原来，禾本科作物的Coq1酶在进化中发生了关键氨基酸位点的变异，导致其无法合成含10个异戊二烯单元的辅酶Q10，只能生成9个单元的辅酶Q9。这种“退化”可能是禾本科植物适应特定环境的策略，但代价是失去了对人体健康更重要的辅酶Q10合成能力。

梳理清楚了缘由，下一步就是恢复发生变异的点位。研究团队通过基因编辑技术，精准修复了水稻Coq1酶上的5个变异位点，相当于“重启”了被进化关闭的辅酶Q10合成通路。

改写生命密码的基因编辑技术

基因编辑技术是21世纪生命科学领域的革命性突破，它允许科学家像“文字编辑”一样精确修改生物体的DNA序列。

目前主流技术包括：

CRISPR/Cas9系统：通过细菌免疫系统改造的“基因剪刀”，可精准切割特定DNA片段；

TALEN系统：利用人工设计的蛋白质识别特定DNA序列进行切割；

引导编辑技术：最新一代技术，无需切断DNA双链即可实现碱基替换，极大提高安全性和精准度。

本次研究中，科学家正是采用引导编辑技术，分析1000多种植物基因序列，通过机器学习锁定决定辅酶Q链长的关键酶Coq1，精准修改其5个氨基酸位点。这种“无痕编辑”既保留了水稻原有遗传稳定性，又激活了其合成辅酶Q10的潜能。

正如中国科学院院士、中国热带农业科学院院长黄三文评价所言，如何寻找基因编辑的靶标来提高培育更高产、营养更丰富的作物是现代农业生物技术的一个重大科学问题。这项突破性研究为开发富含辅酶Q10的功能性水稻品种打开了通路，有望为人类提供新型膳食营养来源。同样重要的是，该研究为基于植物进化生物学和基因编辑技术实现作物精准遗传改良与种质创新提供了一个成功范例，为未来作物育种助力。

可以期待的是，或许在不远的未来，会有更多“会治病的主食”从实验室走向田野，让健康真正成为“一日三餐的自然馈赠”。（宋雅娟）