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。
2025年2月13日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心陈晓亚团队与中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队合作，在国际顶尖学术期刊 Cell 上发表了题为：Design of CoQ10 crops based on evolutionary history 的研究论文。
该研究通过系统的进化分析和基因编辑技术，揭示了植物中 CoQ 形式的进化历史，并成功改造了水稻和小麦的 Coq1 基因，使其能够合成 CoQ10，从而为人类提供更多的膳食营养来源。
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。
总的来说，该研究通过系统的进化分析和基因编辑技术，揭示了植物中 CoQ 形式的进化历史，并成功改造了水稻和小麦的 Coq1 基因，使其能够合成 CoQ10，从而为人类提供更多的膳食营养来源。这项研究不仅有助于提高作物的营养价值，还为未来的作物改良和营养强化提供了重要的理论基础和技术支持。
论文链接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00087-X
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