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陈晓亚研究组发现植物辅酶Q合成途径关键酶

日期:2021-12-09  访问次数:211

     2021年12月8日,中国科学院分子植物科学卓越创新中心陈晓亚研究组在Science Advances上发表了题为“A unique flavoenzyme operates in ubiquinone biosynthesis in photosynthesis-related eukaryotes”的科研论文。该研究鉴定了真核生物线粒体中辅酶Q合成途径的苯环6位羟化酶CoqF,发现CoqF广泛存在于植物、藻类、顶复动物、眼虫等类群。系统分析比较了真核生物两类苯环6位羟化酶CoqF和Coq7的进化和分布。

  辅酶Q(coenzyme Q,CoQ),又称泛醌(ubiquinone),是一种存在于所有真核生物和部分细菌的萜苯醌类化合物,是线粒体氧化呼吸链的电子传递体,也是人体必需的营养成分。辅酶Q缺乏会导致严重的疾病,影响神经系统、骨骼肌、心脏、肾脏等组织和器官的功能。随着年龄的增加,成年人体内辅酶Q含量逐渐降低,此外服用他汀类药物、其他疾病等因素也会造成辅酶Q的继发性缺乏。人类可以从日常饮食中补充辅酶Q,但蔬菜、水果、谷物等植物性食物中的辅酶Q含量较低。到目前为止,植物辅酶Q合成途径还未完全解析。

  苯环6位羟化酶是辅酶Q合成途径的倒数第二步酶。酵母和人体内催化该步反应的是二铁羟化酶Coq7,然而植物没有Coq7的同源蛋白。许晶晶等在模式植物拟南芥中发现一个黄素单加氧酶,能够回补大肠杆菌和酵母6位羟化酶突变株,命名为CoqF。该酶在植物中普遍存在,包括粮食作物、油料作物和蔬菜。植物缺失CoqF胚胎致死,而人的6位羟化酶Coq7可以回补植物突变体,说明二者可以相互替代。

  大数据分析表明,Coq7广泛分布于真菌和动物中,也存在于其它真核生物类群,说明Coq7可能来自真核生物的共同祖先,而CoqF则主要分布在植物、绿藻和一些其他藻类中,且多次发生水平转移。值得注意的是,CoqF还存在于疟原虫、弓形虫和隐孢子虫等顶复门寄生虫中,为相关新药研发提供了靶点。

  中科院分子植物科学卓越创新中心、上海辰山植物园陈晓亚研究员为通讯作者,上海辰山植物园许晶晶博士和清华大学张晓凡博士(现为上海交通大学博士后)为共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金委员会、国家重点研发计划、上海市科学技术委员会以及上海市绿化和市容管理局辰山专项的资助。

  论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl3594