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2025-12-21 02:13 4,173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)
「蓬萊曾是海上絲綢之路的一個起點。這艘元末明初來自朝鮮半島的高麗古船正是這段歷史的實物例證，講述著海上絲綢之路的傳奇故事。」8月2日，山東煙臺蓬萊閣景區管理服務中心文物部副部長劉莉指著海上絲綢之路博物館內的古船殘體介紹道。 劉莉正在給遊客講解古船的來歷(央廣網記者 唐磊 攝) 2018年6月13日，習近平總書記拾階而上，登上蓬萊閣主閣，遠眺黃渤海分界線，俯瞰蓬萊水城，了解古代海上絲綢之路情況，察看水城炮臺和古代艦船入海口，聽取明代愛國將領戚繼光操練水師、保衛海防等歷史介紹。總書記叮囑當地要加強國家重點文物保護。 蓬萊閣是中國古代四大名樓之一，雄踞丹崖山之巔。牢記總書記殷殷囑託，近年來，蓬萊閣景區不斷加大對在展文物保護修繕力度。為減少拆解搬移給古船造成的損害，2023年，工作人員在正常展出的情況下，對古船進行了整體性保護。 「文物出土只是保護的開始。長期的展出中，文物會遇到一系列問題，以古船為例，木材面臨開裂、變形等威脅，我們因地制宜開展保護工作，這樣既保護了古船，也讓遊客近距離觀察和了解文物保護知識，提升了大眾對文化遺產的保護意識。」劉莉說。 張景龍(左一)與同事利用儀器對丹崖山巖體進行監測(央廣網記者 唐磊 攝) 憑海而立的丹崖山常年受海水海風的侵蝕，巖體局部存在穩定性病害，會影響蓬萊閣安全。「我們對丹崖山巖體加固後，定期監測巖體變化，對蓬萊閣等文物進行日常維護、持續跟蹤，守護好珍貴文物。」蓬萊閣景區管理服務中心文物科副科長張景龍說。 歷史文物不僅要保護好，還要發展好、利用好。如今，蓬萊閣景區深挖歷史資源，加強文旅融合，讓非遺項目、小場景演出等走進景區，精心呈現絲路情緣、「戚家軍」魂、東坡吟詩等特色節目，讓遊客沉浸式體驗歷史故事，感受傳統文化之美。 蓬萊閣景區的「絲路情緣」小場景演出走進遊客中間(央廣網記者 唐磊 攝) 與此同時，蓬萊閣景區與當地中小學校「結對子」，讓小講解員「走進來」，大講解員「走出去」，把英雄故事、絲路故事送進課堂、送到青少年身邊。 今年3月開始，37名當地中小學生變身「紅領巾講解員」，陸續在景區內的戚繼光紀念館「上崗」，每逢周末和假期為遊客講述戚繼光的故事。「我已經背誦好多遍講解詞，每一次講解都感覺對戚繼光的民族精神有了更深的理解，我覺得自己也在跟著英雄一起成長。」「紅領巾講解員」張鴻軒說。 「我們會牢記總書記囑託，做好文物保護和傳承工作，讓史實『說話』，讓文物『發聲』，讓優秀文化『活起來』，講好海上絲綢之路故事、講好英雄故事，使博物館成為行走的大課堂。」蓬萊閣景區導遊部副部長修琳琳說。 總監製：駱紅秉 總策劃：張軍 於鋒 監製：伍剛 宮歆慧 蔡榮波 統籌：陶玉德 策劃：程立龍 卜葉 記者：程立龍 唐磊 配音：劉佳音 鳴謝：煙臺市蓬萊區融媒體中心 來源：央廣網
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