輔酶Q10水稻誕生記

水稻是全球超1/3人口的主食，其籽粒碾制后成為大米，為人們提供物質能量。但大米的營養較單一，富含淀粉但缺乏礦物質及維生素。科學家們通過不懈努力，成功培育出能夠合成輔酶Q10的水稻，其籽粒中輔酶Q10含量可達每克5微克，這不僅提升了大米的營養價值，也展現了科技在農業領域的巨大潛力。那么，輔酶Q10是什么？這種特殊水稻又是如何誕生的呢？

輔酶Q10是什么？

輔酶Q10，也許這個名字聽起來有些陌生，但它在我們的身體中扮演著重要的角色。

我們的身體好似一個復雜的化學工廠，每時每刻都在進行著化學反應。這些反應需要一種叫作“酶”的催化劑來加速進行。大多數酶是由蛋白質構成的，它們就像催化劑一樣，讓化學反應迅速發生。

然而，在某些情況下，蛋白質可能無法單獨完成催化過程，這時就需要一些分子量較小的分子來協助。這些分子與酶緊密合作，共同完成催化過程。這些分子被稱為“輔酶”。

輔酶Q就是一類重要的輔酶。在真核生物中，輔酶Q主要存在于線粒體中，它幫助細胞進行有氧呼吸，從而生成細胞代謝能量的“貨幣”——三磷酸腺苷（ATP）。

輔酶Q家族成員的分子結構中都包含一個醌基，這也是其名稱中“Q”的來源。醌基上連接著一條由多個異戊二烯單元組成的側鏈，這條側鏈形似“尾巴”。不同輔酶Q中的異戊二烯單元數量各不相同，輔酶Q10就是得名于這條“尾巴”含有10個異戊二烯單元。類似地，在不同生物中，還存在輔酶Q9、輔酶Q6等。

人體自身能夠合成輔酶Q10，特別是在心臟、肝臟、胰腺等代謝活躍的器官中含量較高。但隨著人體衰老，輔酶Q10的含量會逐漸減少，這反映了機體代謝能力的減弱。而從食物中獲取的輔酶Q10，是機體輔酶Q10的重要補充來源。

動物組織中含有較高水平的輔酶Q10，植物中的含量相對較少。作為主食之一的水稻，本身并不具備合成輔酶Q10的能力。但如果能讓水稻合成輔酶Q10，那么人們通過日常飲食攝入米飯，就能輕松地補充輔酶Q10，這對于提升大眾健康水平意義重大。

植物輔酶Q類型“大摸底”

科學家在植物中做了一次“大摸底”，通過檢測67個科、134種不同的植物輔酶Q的類型，他們發現植物中主要存在輔酶Q9和輔酶Q10。

演化史上較早出現的植物，例如石松類、蕨類和裸子植物等，它們體內合成的是輔酶Q10。而較晚出現的被子植物，多數也能合成輔酶Q10。然而，在以西瓜、黃瓜為代表的葫蘆科，以向日葵、生菜為代表的菊科，以及以水稻為代表的禾本科等少數類群中，合成的則是輔酶Q9。這說明，合成輔酶Q10是被子植物的一個祖先性狀，而葫蘆科、菊科和禾本科這些合成輔酶Q9的“異類”，其實是在演化過程中產生的新性狀，這也反映出被子植物演化的多樣性。

找到關鍵基因

科學家從分子生物學和生物化學的角度，探究了植物合成不同輔酶Q的機制。在植物中有一種稱為Coq1的酶，用來執行輔酶Q分子中異戊二烯側鏈的合成。在不同植物中，Coq1的氨基酸序列組成存在差異，從而使得一些植物合成輔酶Q10，而另一些則合成輔酶Q9。

通過進一步研究，科學家發現，Coq1第240位的氨基酸，對合成輔酶Q的類型有著決定性作用。在大多數植物中，具有活性的Coq1在這一位點的氨基酸是亮氨酸；但在水稻中，這一位點則變成了甲硫氨酸。正是這一變化，使得水稻合成的是輔酶Q9而非輔酶Q10。

Coq1的第240位氨基酸附近，是Coq1催化異戊二烯結合的核心催化位點。在這個催化位點周邊的氨基酸變化，都會影響輔酶Q側鏈的伸長。由此，科學家提出了一個大膽的設想：如果使用人工手段改造水稻Coq1酶的催化位點，使得它具有合成10個異戊二烯單元側鏈的能力，這樣的水稻就能夠合成輔酶Q10了。

精準編輯，

讓水稻合成輔酶Q10

那么，如何精確地改造Coq1的催化位點，又不影響水稻其他酶的功能呢？這時，號稱“基因手術刀”的基因編輯技術就派上用場了。

基因編輯技術，能夠讓人們在不引入外源基因的情況下，對目標基因進行定點突變、增加或刪除特定DNA片段等操作，從而實現基因組水平上的精確編輯。

目前，最常用也最成熟的基因編輯手段莫過于CRISPR技術，即通過在特定位置添加、刪除或改變DNA實現基因編輯。而在輔酶Q10水稻的創制過程中，科學家采用了CRISPR技術的“升級版本”——一種名為Grand Editing的新型基因編輯技術。這種編輯技術能夠實現對更長DNA片段的編輯。如果說之前的基因編輯技術是對“字”和“詞”進行修改的話，那么這項新技術就是可以對“短語”甚至“句子”進行修改。

運用新型基因編輯技術，科學家對水稻Coq1進行了精確的修改，讓它具有了能夠合成10個異戊二烯側鏈的能力。由此創制出的水稻也不負眾望，體內的輔酶Q10含量大大提高，而且更驚喜的是，這些能夠合成輔酶Q10的水稻在諸如生長趨勢、產量等方面都與沒有改造的水稻相當。這更進一步證明了基因編輯的準確性和有效性。

輔酶Q10水稻的誕生，讓傳統的農作物具備了更加優良的營養特性，而更為重要的是，它為農作物新品種的精確育種進行了富有價值的實踐。相信在不久的未來，通過科學家們的辛勤鉆研，還會有更多更好的新型農作物出現，為國家糧食安全、人民營養健康再創新功。

（責任編輯 / 高琳" 美術編輯 / 周游）