讓「冰冷代碼」變成「和諧密碼」
2025-12-31 03:06 9,428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)
2025上海書展即將於8月13日至19日舉辦，作為「東道主」的上海世紀出版集團集出版社、實體書店、文創產品研發、線上傳播平臺等組成「世紀矩陣」亮相，參展圖書近萬種、舉辦活動近300場。其中，數智出版是一大亮點。文匯報記者了解到，上海古籍出版社「尚古匯典·古籍數字服務平臺」，將於書展期間全新上線「文淵閣四庫全書」AI+版，核心功能覆蓋自動標點、自動標引等。 AI技術正全面賦能傳統出版領域，為內容生態注入新活力。上海書展的數字出版館，將展示AI技術在智能寫作、古籍數位化、智慧教育、科學普及等多個場景中的創新應用。比如，上海辭書出版社「聚典寫作助手」，依託「聚典數據開放平臺」近200種權威工具書的海量專業數據、迭代至具備語義檢索能力的3.0版本和大語言模型技術，實現「為寫作賦能」。上海教育出版社「滬學習APP」服務上海80%以上義務教育階段家庭，其AI增強版實現三大升級：英語學習新增AI口語對話和智能糾音功能；數學學習開發AI概念講解、解題指導和口算批改系統；拓展服務方面推出拍照解題和AI作文批改等功能。許多琴童熟悉的上海音樂出版社「鋼琴巴士APP」，整合聲紋識別、音頻分析和智能測評技術，實現從識譜訓練到演奏評估的全流程智能化。上海譯文出版社「經典閱讀智慧服務平臺」則基於大語言模型技術，打造具備名著伴讀、互動問答及智能解析等功能的「學生文庫AI陪讀智能體」。針對教師群體研發的「中小學教師教學工作實用AI工具包」，由上海科技教育出版社推出，覆蓋文案寫作、教學常規、教育科研等七大教學場景，為教師提供全方位AI支持。少年兒童出版社全新推出的「《十萬個為什麼》智能問答科普平臺」展開商業化試運行，整合圖文、語音等多模態呈現形式，知識庫確保內容專業準確，打造智能硬體矩陣。 上海書展也是中外名家對話交流的舞臺。作家、畫家金宇澄最新作品集《不響》收錄了他數十幅繪畫作品，有自畫像、《繁花》相關圖冊還有其他相關作品。書展期間，上海文藝出版社將帶來「圖像裡的繁花時光——金宇澄《不響》首發式」。上海古籍出版社「抱樸」出版品牌將推出「『東坡之眼』是怎樣煉成的？」活動，邀作者金哲為就《東坡之眼：蘇軾的藝術精神與繪畫世界》創作過程兼及宋代文人間相互交往，與現場讀者走進宋人藝術繪畫世界。 今年是三毛誕生90周年，少年兒童出版社舉辦三毛新書發布會，致敬中國原創漫畫的巔峰之作「三毛」系列叢書。「從『男生賈裡』到Z世代分享會」邀楊雄、秦文君、朱亞萍、戴縈嫋與讀者面對面暢談。上海圖書公司繼續打造「舊書新知·淘書樂」活動品牌，攜4萬餘種「稀缺書、斷版書、籤名本、寶藏書」等古舊書刊走進書展，重點書籍涵蓋價值近3萬元的清刻本《後紅樓夢》三十二卷首一卷，以及百餘種如《點石齋畫報》《三國演義》《鴻雪因緣圖記》等反映古籍插圖功能與藝術特色的稀缺圖文本等。特設「敦煌主題展區」，融合《鹿王本生圖》等元素的手繪洞窟壁畫帶入書展，讓讀者沉浸式體味敦煌文化；與孔夫子舊書網合作舉辦「舊書新知·淘書樂」專場線上拍賣會。
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