Под руководством профессора Чэнь Сяоя из Центра передового опыта в области молекулярных наук о растениях/Шанхайского исследовательского центра Чэньшань при Китайской академии наук (CAS) и профессора Гао Цайся из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук (CAS) исследователи использовали целенаправленное редактирование генов для модификации всего пяти аминокислот фермента риса Coq1, создав новые сорта риса, способные синтезировать CoQ10. Исследование опубликовано в журнале Cell.
CoQ 10 важен для здоровья человека, особенно для защиты сердца. Он является важным компонентом митохондриальной цепи переноса электронов и служит жирорастворимым антиоксидантом. Различные виды синтезируют CoQ с разной длиной боковой цепи.
Люди синтезируют CoQ 10 с боковой цепью из 10 изопреновых единиц (C50), в то время как зерновые культуры, такие как рис и пшеница, а также некоторые овощи и фрукты, в основном синтезируют CoQ 9, который содержит девять изопреновых единиц (C45).
Изобретение культур, производящих CoQ 10 , для существенного увеличения содержания CoQ 10 в продуктах питания растительного происхождения представляет экономически эффективный и экологически безопасный подход к обогащению пищевых продуктов, предлагающий огромные потенциальные преимущества.
Молекулярный механизм, лежащий в основе изменения длины боковой цепи CoQ, ранее был неясен. Благодаря разнообразным коллекциям растений в Шанхайском ботаническом саду Чэньшань Центра передового опыта в области молекулярных наук о растениях CAS исследовательская группа получила 134 образца растений из 67 семейств, включая мхи, плауны, папоротники, голосеменные и покрытосеменные.
Исследователи определили закономерности распределения типов CoQ у этих видов и выявили, что CoQ 10 является наследственным признаком цветковых растений, причем большинство растений по-прежнему синтезируют CoQ 10. Однако злаки, маргаритки и тыквенные растения в основном производят CoQ 9.
«Основываясь на обширном исследовании распределения CoQ 9 и CoQ 10 в наземных растениях и связанной с этим вариации последовательности Coq1, мы определили ключевые аминокислотные изменения в основании каталитического кармана Coq1, которые произошли независимо в нескольких линиях покрытосеменных и неоднократно приводили к образованию CoQ 9. Руководствуясь этими знаниями, мы использовали редактирование генов для модификации нативных генов Coq1 риса и пшеницы для производства CoQ 10 , прокладывая путь для разработки дополнительных пищевых источников CoQ 10», поясняют авторы работы.
Проанализировав эволюционные траектории и естественные вариации ферментов Coq1 у более чем 1000 видов наземных растений, а также применив машинное обучение, исследователи в конечном итоге определили пять участков аминокислот, которые определяют длину цепи.
Создание линий риса CoQ10 путем редактирования генома. Автор графики: Сюй Цзинцзин.
После целевого редактирования растения риса в этом исследовании в первую очередь синтезировали CoQ 10, причем на одно рисовое зерно приходилось до 5 мкг/г. Это показывает, что редактирование генов стало эффективной и безопасной технологией для селекции сельскохозяйственных культур.
Успешное создание риса CoQ 10 значительно расширит пищевые источники CoQ 10. Это также является примером использования больших данных и ИИ для селекции сельскохозяйственных культур.
Источник: Chinese Academy of Sciences. Автор: Чжан Наньнань.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
