「科技+藝術」雙擎驅動，描繪文旅產業「天工開物」新圖景
2025-12-23 14:22 3,781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)
鄭州8月9日電 (闞力 王佳寧)智能購物車全程伴隨、無人機配送商品……近日，河南鄭州市管城回族區的萬物可聯「空中超市」外，工作人員將分揀好的商品打包裝入無人機配送箱，按照大數據規劃的路線快速精準送至消費者手中。 作為鄭州首家「空中超市」，萬物可聯空中超市位於河南低空經濟產業園內，是一家佔地面積超8600平方米的倉儲型超市。消費者在相應APP、小程序下單後，該超市可將商品直接從雲端倉庫提取打包，隨後利用大數據分析優化配送路線，通過無人機物流體系配送至消費者手中。 圖為無人機送貨現場。 王佳寧 攝 「作為物流行業新寵，無人機在低空空域具有快速準確、高效靈活的優勢，可解決傳統物流中交通擁堵、人力成本高等痛點。」河南低空經濟產業園運營經理黃玉娟介紹，該超市目前申請開通了3條航線，無人機配送區域覆蓋距離超市約5公裡的範圍。超市配備的4名無人機飛手，均具備2年以上飛行經驗。 據萬物可聯「空中超市」的無人機飛手成帥介紹，該超市使用的物流無人機最大有效載重為40公斤，採用電池供能，可裝載飲料、茶歇、零食、生鮮等日常生活用品。其配送飛行速度約為10米/秒，按當前配送範圍計算，消費者從下單到收貨一般不超過15分鐘，較傳統人力配送節省50%時間。 「超市正在申請增設更遠距離的航線，爭取覆蓋更大範圍。」黃玉娟說。鄭州市管城回族區紫荊山南路某小區居民張雪說：「我經常在小程序上下單，線下購買也可選擇無人機配送，速度比人力快得多。」 據超市工作人員介紹，自動伴隨的智能購物車是該超市的亮點之一，「顧客走到哪裡，智能購物車就可以跟到哪裡，還能實時導購、自動返回充電，增強顧客購物的體驗感」。 河南科技學院人工智慧學院院長蔡磊認為，「空中超市」以倉儲式商超為實體支點，依託雲倉管理系統和智能購物技術重塑消費體驗，再通過無人機配送突破地理與交通限制，本質上是重構「人—貨—場」關係，是重構物流網絡、激活要素流動的有益嘗試，有利於實現物流配送網絡的效率躍遷、體驗升維和生態協同。(完)
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