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2026-01-20 19:47 4,126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)
北京8月2日電 (記者 孫自法)中國科協8月2日向媒體發布消息說，聚焦「可控核聚變商業化關鍵技術進展」「核生化災害防護化學前沿技術」「面向新一代信息技術應用的鐵電薄膜與器件」主題，第二十七屆中國科協年會近日在北京分別舉辦專題論壇。 「可控核聚變商業化關鍵技術進展」專題論壇由中國核學會承辦，聚焦「可控核聚變前沿技術與創新突破」「商業化落地的工程技術挑戰」及「產業鏈協同與政策支持體系」議題，與會專家及青年學者代表進行研討。 可控核聚變被視為解決人類能源危機的理想方案，並被認為是實現「雙碳」(碳達峰、碳中和)目標的關鍵路徑。 中國核學會稱，瞄準聚變能開發進程，圍繞國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃進展、聚變核安全關鍵技術挑戰、可控核聚變不同路徑進展、人工智慧賦能核聚變展望、高溫超導技術及聚變裝置核心裝備製造能力等重點議題，專家學者們在「可控核聚變商業化關鍵技術進展」專題論壇上展開深入探討。 「核生化災害防護化學前沿技術」專題論壇由中國化學會聯合核生化災害防護化學全國重點實驗室共同承辦，院士專家及業界代表圍繞「化學賦能防護·科技鑄就安全」主題展開深度研討。 「核生化災害防護化學前沿技術」專題論壇會場。中國化學會 供圖 多位院士專家作主旨報告，分享為災害智能感知開闢新視角；提出汙染物治理策略為複雜環境下災害防護提供創新方案；闡述新汙染物篩查與環境暴露研究前沿；系統剖析核生化災害防護化學的需求、挑戰與發展趨勢。 邀請報告環節，專家學者代表分享核災害防護化學研究的現狀和前沿；探討基於人工智慧(AI)賦能的化學中毒新機制及解毒新策略；介紹晶態有機納米孔材料開發及神經毒劑傳感應用研究；深入剖析神經毒劑的催化降解機制；分別就毒物洗消材料設計、劇毒汙染物酶催化、化武公約相關生物毒素綜合篩查鑑定技術研究等前沿技術作分享。 中國化學會表示，本次專題論壇緊扣核生化災害防護化學前沿技術關鍵議題，為分享研究成果、探討實踐難題和凝聚創新共識提供高水平合作交流平臺。與會專家學者不僅為防護化學學科建設、體系設計、技術發展和未來規劃提供堅實支撐，更為築牢國家核生化安全屏障、支撐高質量發展與高水平安全貢獻核心思路。 「面向新一代信息技術應用的鐵電薄膜與器件」專題論壇由中國矽酸鹽學會承辦，業界專家學者代表通過主題報告和交流討論兩個環節展開深入研討與交流。 「面向新一代信息技術應用的鐵電薄膜與器件」專題論壇會場。中國矽酸鹽學會 供圖 主題報告環節，多位專家圍繞鐵電薄膜材料與器件在新一代信息技術應用中的最新研究進展、核心挑戰及未來發展方向等作專題分享。 交流討論環節，與會專家學者們圍繞「鐵電薄膜材料製備、表徵、設計與模擬」「鐵電薄膜的信息器件應用」「新體系鐵電薄膜與二維鐵電材料」三大議題互動研討，在思想碰撞交鋒中迸發創新火花。 中國矽酸鹽學會認為，本次專題論壇舉辦，全面反映出國鐵電薄膜與器件領域的最新研究動態和豐碩成果，從基礎物性、材料設計、先進表徵及器件應用等方面凸顯研究的廣度與深度，更清晰勾勒出鐵電薄膜與器件在未來信息技術革命中的核心地位與廣闊前景。(完)
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