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2025-11-30 22:20 9,698次浏览北京8月4日電 (記者 孫自法)在生命科學領域，基因組編輯技術的迅速發展和廣泛應用，為基礎研究和應用開發提供強大的技術支撐。不過，大片段DNA(脫氧核糖核酸)編輯一直面臨重大挑戰，對數千乃至數百萬鹼基的精準操縱更是基因編輯領域的核心難題，備受關注。 育種和基因治療有巨大應用潛力 來自中國科學院遺傳與發育生物學研究所(遺傳發育所)的消息說，該所高彩霞研究員團隊最新研發出一種新型可編程的染色體編輯技術(Programmable Chromosome Engineering，PCE)。該技術在動植物中實現了從千鹼基到兆鹼基級別DNA的多類型染色體精準操縱，顯著提升了真核生物基因組的操縱尺度和能力。 利用大片段DNA精準操縱技術，研究人員不僅能實現多基因疊加編輯，還可通過操控基因組結構變異，為作物性狀改良和遺傳疾病治療開闢新路徑。同時，該技術有望推動新型育種策略的發展，例如通過操縱遺傳連鎖、調控重組頻率實現育性控制，以及消除連鎖累贅，充分釋放野生種質資源中優異等位基因的育種潛力。此外，精準染色體編輯技術的突破將加速人工染色體構建，在合成生物學等新興領域也有重要的應用前景。 本項研究PCE系統的開發和精準染色體編輯示意圖。中國科學院遺傳發育所 供圖 這項攻克大片段DNA精準編輯的重要成果論文，北京時間8月4日深夜在國際知名學術期刊《細胞》(Cell)上線發表。審稿人評價認為，中國團隊發表的研究工作，代表了基因工程領域的重大突破，在育種和基因治療方面具有巨大的應用潛力。 系統應用受到3個關鍵問題制約 論文通訊作者高彩霞研究員介紹說，以基因編輯工具CRISPR及其衍生技術為代表的編輯系統，通過可編程的嚮導RNA(核糖核酸)引導Cas9等核酸酶靶向基因組特定位點，已廣泛應用於特定鹼基和短片段DNA的精準編輯。但針對大片段DNA編輯，現有工具在編輯效率、尺度、精準性及類型多樣性等方面仍存在明顯不足。 研究團隊發現，位點特異性重組酶(Cre-Lox)系統具有染色體水平DNA操縱潛力，其原理是在基因組中引入Lox序列後，由Cre重組酶介導Lox位點之間的DNA重組來實現全基因組範圍內的遺傳操縱。 然而，Cre-Lox系統的應用受到3個關鍵問題的制約：Lox位點固有的對稱性導致重組反應可逆，不利於目的編輯的發生；Cre酶作為四聚體工作，提升其活性的工程改造難度高；重組後特異性位點殘留，影響編輯的精準性。 構建兩個可編程染色體編輯系統 高彩霞指出，為逐一突破上述限制，在本項研究中，研究團隊構建出系統性技術路徑：首先，開發高通量重組位點快速改造平臺，並提出不對稱Lox位點設計原則，成功創製新型Lox變體，保持高效重組效率的同時將可逆重組活性降低至陰性對照水平。 其次，基於研究團隊此前自主開發的融合蛋白通用逆摺疊模型、結構與進化約束信息的蛋白定向進化平臺AiCE，實現對Cre蛋白多聚化界面的精準優化，獲得重組效率提升至3.5倍的工程化Cre蛋白變體。 最後，研究團隊創建並優化了重組酶的無痕編輯策略Re-pegRNA，利用引導編輯器的高效編輯特性，通過設計特異性pegRNA對重組後殘留的Lox位點進行「重引導編輯」，將其精準替換為原有基因組序列。 通過這三項技術的集成優化，研究團隊成功構建PCE與RePCE兩個可編程染色體編輯系統，可對不同Lox位點的插入位置和方向進行靈活編程，實現鹼基從千比特(kb)到兆比特(Mb)尺度的大片段DNA精準無痕操縱。 研究團隊表示，他們在動植物細胞中，利用新研發的系統已成功實現18.8 kb超大片段DNA的定點整合、5 kb序列的定向替換、12 Mb的染色體倒位、4 Mb的染色體刪除及整條染色體的易位。他們還利用新型大片段DNA精準操縱技術，成功創製含315 kb精準倒位的抗除草劑水稻種質，展示出其廣泛應用前景。 據了解，AiCE成果7月上旬已在線發表於《細胞》，並將與此次研究成果以背靠背形式於8月下旬在《細胞》紙質版正式刊出。(完)
哈爾濱8月11日電 (記者 史軼夫)11日，中國第二屆全國作物雜種優勢與生物育種學術大會在哈爾濱市舉行。此次大會聚焦「綠色高效農業與糧食安全健康」主題，匯聚產學研力量，推動作物雜種優勢利用與生物育種領域協同創新。 第二屆全國作物雜種優勢與生物育種學術大會現場 會議組委會供圖 當前，全球種業已進入現代生物育種主導的新時期，性狀組學、基因編輯等基礎研究與前沿技術持續突破，人工智慧、大數據等加速融合應用，推動種業向高效精準的智能育種轉型。 本次大會設置院士報告、農學院院長論壇、生物育種論壇等多個板塊，將有114位知名專家學者作報告，45名研究生通過短報告和牆報交流，僅開幕式環節線上線下參會者超七千人。 會上，北京科技大學黨委書記武貴龍指出，全球糧食安全形勢複雜嚴峻，氣候變化、資源約束、病蟲害威脅等挑戰交織疊加，加快培育高產、優質、抗逆、高效的作物新品種，成為各國農業科技競爭的前沿陣地。 黑龍江因橫跨六大積溫帶、黑土地面積佔全國56.1%，成為育種「天然試驗場」。黑龍江省農科院院長、黨組書記陳宇輝表示，將推動育種從「經驗」向「智慧」、「產量優先」向「量質並重」、「實驗室」向「推廣應用」轉變，促進科研成果轉化。 農業農村部中國農村技術開發中心主任孫傳範介紹，「十四五」期間，中國加大生物育種支持力度，通過關鍵技術攻關等專項，培育突破性品種，保障種源自主可控。當前，「大肥大水求高產」模式難以為繼，大會主題契合產業轉型需求。 與會代表圍繞綠色高效農業、糧食安全等領域最新成果及農科教融合路徑深入交流，有效整合優勢資源，加速現代農業核心技術攻關與產業化，為農業強國建設注入動力。(完)
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