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2025-12-21 09:39 9,597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)
習近平總書記在2024年2月視察天津時指出：「以文化人、以文惠民、以文潤城、以文興業，展現城市文化特色和精神氣質，是傳承發展城市文化、培育滋養城市文明的目的所在。」從平津戰役的鬥爭精神，到楊柳青木版年畫的匠心工藝，再到石家大院精美的磚木石雕，天津這座兼具紅色根脈與民俗特色的城市，始終在傳承中創新發展，書寫著歷史文化滋養城市發展的生動答卷。 歷史文化的傳承，首先是對紅色精神的守護。在平津戰役紀念館裡，那面鐫刻著6900位烈士姓名的英烈牆，是天津紅色文化最厚重的見證。緬懷先輩、祭奠英烈，不僅是對歷史的尊重，更是對「為有犧牲多壯志」的革命精神的敬仰。作為全國愛國主義教育示範基地，紀念館1.1萬餘件藏品中，有戰士用過的步槍、泛黃的手稿，每一件珍貴的文物都是可觸摸的歷史，每年上百萬參觀者由此感受到戰爭的殘酷與革命先輩的無畏。紅色基因在代代傳遞中，涵養著城市的精神品格，也極大地助力了城市軟實力建設。 歷史文化的傳承，不只是博物館裡的靜靜陳列，更要在創新中實現活化和延續。透過楊柳青木版年畫的傳承故事，我們看到了天津非遺活化的實踐。作為國家級非物質文化遺產項目，楊柳青木版年畫距今已傳承400餘年，承載著百姓對美好生活的憧憬。如今，「玉成號畫莊」第六代傳承人霍慶順仍秉承著「勾、刻、印、繪、裱」五道傳統工序，「年畫是時代的產物，我們要跟上時代發展，但年畫的傳承創新始終要在『根』的基礎上展開。」融入生肖元素進行創作，結合年輕人的審美推出作品，讓遊客親手拓印年畫……第七代傳承人張宏致力於傳統技藝的創新探索，一系列舉措讓非遺從「展品」變成了「體驗」，從古董變成了時尚。當非遺走進普通人的生活，古老的民間藝術煥發出新的光彩，在拉動產業增長的同時，更讓「津味兒文化」更濃。 歷史文化的傳承，需要為歷史遺存賦予當代價值。歷史建築是城市文化的載體，那些歷經歲月衝刷的老建築、老街區，蘊藏著一座城市的文化基因。石家大院「四合連套、院中有院」的格局氣派宏大，磚木石雕中暗藏的吉祥寓意，反映著傳統社會的美好願景。如今，經過保護性改造，石家大院成為集文物保護、廉政教育、旅遊觀光於一體的文化空間，這座老建築承載的地域特色和時代印記成為城市特有的文化標識。可見，保護歷史遺存，其實也是在守護城市文化的獨特性。 歷史文化是城市的「根」與「魂」，更是發展的源泉和動力。天津豐富的文化實踐說明了，傳承不是守舊，創新不是離根，唯有讓歷史文化在守護中薪火相傳，在創新中與時俱進，城市才能兼具「歷史的厚度」與「發展的溫度」，在時代發展中始終保持獨特的氣質與活力。 (郝悅) 來源：光明網
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