林放不老，報人不老
2025-10-23 09:50 5,269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)
在瀋陽「九·一八」歷史博物館莊嚴肅穆的展廳中，一面旗幟微微泛黃、帶著斑駁的歲月印記，靜靜陳列於展櫃中。在這面長1.5米、寬0.8米的白色綢子旗面上，由黑色綢子精心縫製而成的「東北競存中學校」七個大字格外醒目——它就是由著名的抗日救國志士、教育家車向忱創建的東北競存中學校旗。這面象徵著東北白山黑水的校旗，是不甘屈辱的東北民眾誓死抗爭的歷史見證。 1931年，九一八事變的炮火撕裂了東北大地的寧靜。短短四個月零十八天，東北三省迅速淪陷。大量東北孩童跟隨父母家人流亡關內，很多人無家可歸、無書可讀，甚至不得不沿街乞討。 1935年，為抗日救亡四處奔走的車向忱，輾轉來到西安。車向忱深知，國家正處於生死存亡的危難關頭，抗日救亡急需大量人才，教育是點燃希望的火種，是培養抗日力量的重要途徑。於是，他毅然將流亡的孩子們集中到自己家中，親自教他們讀書識字。 隨著孩子數量日益增多，車向忱萌生出一個大膽而堅定的想法——創辦一所流亡子弟學校，讓他們在困境中也能汲取知識的力量。 1936年4月，東北競存小學在西安成立。彼時，條件艱苦異常，車向忱用身上僅有的兩元錢購置了簡單的教具。教室裡的書桌、凳子高低不齊，有的是從附近鄰居家借來的，有的則是用木板在土堆上臨時搭起來的。儘管環境簡陋，但車向忱辦學救亡的初心卻無比堅定。他為學校取名「競存」。當時一家報紙稱這所小學是西安「唯一窮苦的競存小學校」。 就在這種極端艱苦的條件下，車向忱第二年開辦了東北競存中學。在開學典禮上，車向忱慷慨激昂地說道：「同學們！我們的學校為什麼叫東北競存學校呢？我們就是要通過競爭、奮鬥，取得我們學校、我們東北人民和整個中華民族的生存，準備打回老家去！」 他的話語深深震撼著每一位師生。備受鼓舞的同學們自發行動起來，他們按照車向忱的筆體，找來黑色綢子，精心製成了「東北競存中學校」幾個大字，並將其縫製在一塊白色綢子上。從此，這面凝聚著師生們愛國熱情和堅定信念的校旗高高飄揚，成為東北競存中學的精神象徵。 東北競存中學校旗，激勵著流亡學生們收復大好河山，鼓舞著同學們以各種形式宣傳抗日救國的主張。為更好地宣傳抗日，東北競存中學成立了「火流劇團」，以生動形象的戲劇形式進行抗日宣傳。這面旗幟所到之處，便是宣傳抗日的舞臺，見證了師生們為抗日事業所付出的不懈努力。 1938年秋，日軍對西安進行了瘋狂轟炸，學校被迫遷到鳳翔縣紙坊街兩座破廟裡堅持辦學。儘管環境惡劣，在長達8年的辦學時間裡，東北競存中學宛如一座培養抗日人才的搖籃，為抗日救亡和革命事業培養了3000餘名優秀人才，近300人畢業後奔赴延安，他們用青春和熱血書寫著壯麗的篇章。 如今，透過這面經過歲月衝刷的校旗，我們依稀能看見那個血與火交織的年代。東北競存中學校旗在風雨中飄揚的場景，師生們為抗日救亡奔走、吶喊的身影，已成為中華民族不屈精神的生動寫照。 (本報記者劉勇採訪整理)
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