人居文化與科技研討會在京舉行 啟動火星人居科幻城場景
2025-12-31 04:35 4,519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)
蘭州8月14日電 (馬愛彬)初秋時節，甘肅省武威市民勤縣雙茨科鎮中六村萬畝節水葵花示範點，褪去金黃花衣的葵株花盤飽滿、籽粒油亮。村黨支部書記李海德介紹說，開展規模化種植、採用節水設施後，今年的向日葵產業發展上了新臺階。 依託高效節水技術，民勤縣在乾旱戈壁發展十萬畝級節水向日葵產業，實現農業增效與生態改善雙贏，蹚出資源約束地區現代農業新路徑。 初秋時節，甘肅省武威市民勤縣規模化葵花種植基地進入成熟期，豐收在即。馬愛彬 攝 據李海德介紹，村裡通過土地流轉整合零散地塊，成功實現規模化種植。在此基礎上，配套鋪設高效節水滴灌設施，精準提升水資源利用效率，同時精選耐旱高產的葵花品種，從源頭增強作物的抗旱能力與產出潛力。 如今，這片曾被碎片化分割的土地已蛻變為集中連片的高效節水農業示範田。示範田不僅通過標準化種植保障了葵花的優質品質，更在乾旱缺水的環境中成功「算清」了水資源效益的經濟大帳，實現了生態保護與農業增收的雙贏。 雙茨科鎮以土地規模化流轉為突破口，通過政策引導與合作社牽頭，整合零散耕地，建成了萬畝連片的高效節水葵花基地。針對沙區乾旱少雨、土壤保水性弱的實際，該鎮著力推進基礎設施升級與技術革新，為農田配套智能滴灌系統實現全域覆蓋，並聯合科研機構篩選耐旱抗病良種推廣普及，推行標準化種植技術，將智能滴灌設施與良種特性、種植規範精準適配，形成設施、品種與技術協同發力的發展格局。 圖為農民在田間查看葵花長勢。邸海霞 攝 雙茨科鎮的探索實踐，正是民勤縣葵花產業提質增效、加速發展的生動註腳。 地處河西走廊東北部的民勤，作為阻隔巴丹吉林、騰格里兩大沙漠合攏的生態屏障，其獨特區位為生態農業發展賦予先天優勢。這裡位於北緯38°黃金緯度帶，年均光照時間超3000小時，晝夜溫差穩定在15℃以上，沙質土壤兼具透氣性與保肥性。依託石羊河等內陸河水系，疊加高效節水技術的推廣應用，為葵花生長提供了穩定優質的水源保障，共同造就了發展優質葵花產業的理想條件。 近年來，民勤縣依託大陸性沙漠氣候條件和廣闊的土地資源，結合現代農牧業加快發展、脫貧攻堅鞏固提升、鄉村振興戰略推進實施，加大新興農業發展力度，積極實踐一、二、三產業融合發展和企業轉型升級，依託本縣及周邊縣區向日葵種植區域優勢和資源稟賦，運用「工業化思維」打造集向日葵種子研發、基地種植、精深加工、市場營銷於一體的全產業鏈，全力促進向日葵產業蓬勃發展，為鄉村振興增添絢麗色彩。 同時，民勤縣聚焦農業產業結構優化調整，藉助區位好、多業態的優勢，助推高標準農業示範帶與觀光體驗相融合。在尊重農業產業功能基礎上，合理開發利用包括向日葵產業在內的農業旅遊資源，將農業農村發展與旅遊產業的建立與推廣相結合，探索「以農促旅、以旅興農、以文塑旅」的農文旅融合發展格局，力促傳統農業提檔升級，走出一條鄉村美、業態興的農文旅融合發展之路。 民勤農民機械化採收葵花。(資料圖)榮小勤 攝 「向日葵產業憑藉著獨特的景觀價值和經濟價值，有力帶動了民勤旅遊經濟的發展，提升了向日葵的附加值，為農民增收開闢了新途徑。」民勤縣文體廣電和旅遊局黨組書記、局長尹昌業表示，向日葵花海已成民勤旅遊靚麗名片，吸引大量遊客觀光遊覽。我們將加大扶持推廣，打造相關旅遊產品和體驗項目，如攝影大賽、採摘活動等，豐富內涵，延伸產業鏈、提升價值鏈、拓寬增收鏈，推動民勤經濟和鄉村振興。 目前，民勤縣葵花種植面積達15萬畝，採取「企業+農戶」「企業+專業合作社+農戶」等模式，建立規模化葵花種植基地10萬畝，葵花產業已經成為當地農民增收致富的「向陽」產業。(完)
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