「兩山」理念提出二十周年：綠水青山千秋畫 萬裡江山共此卷
2025-11-26 19:53 1,658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)
玉溪8月7日電 (李丹)「最近在星雲湖頻頻看到星雲白魚現身，說明20多年的土著魚類保護工作初顯成效。」7日，雲南省玉溪市江川區畜牧水產站站長張四春如是說。 地處滇中江川的星雲湖，是雲南高原湖泊之一。據記載，該湖共有15種土著魚類，其中星雲白魚僅分布於此，產量曾佔星雲湖漁產總量的20%。 人工繁殖出的星雲白魚。李丹 攝 張四春介紹，星雲白魚最顯著的特徵是體型細長側扁，體呈銀白色，背部呈青灰色，鱗片細小。20世紀末，因水質惡化、過度捕撈、外來物種入侵等多種因素，導致星雲白魚銳減，一度難覓蹤跡。2004年，江川啟動星雲白魚專項保護工程。 「2005年，有人在跳魚溝發現星雲白魚蹤跡，我請了一位經驗豐富的老漁民開始蹲守捕撈，兩個多月共捕獲800多條母本。」張四春介紹，依託母本，兩年後，他和團隊攻克難關，實現星雲白魚人工馴養繁殖；2009年又成功繁育出子二代魚苗，實現全人工繁殖。此後，累計向星雲湖放流星雲白魚33.6萬尾，為物種延續播撒下希望。 張四春介紹，星雲白魚對產卵的環境要求極高，4至10月為產卵期，端午節前後是高峰期，一條雌魚一年可分批產約6000粒卵，魚卵附著在河中礫石或水生植物上。 江川區星雲湖管理局副局長楊鈺介紹，近期多種魚迎來產卵季，為守護繁殖關鍵期，星雲湖已於8月1日起進入封湖禁漁期。 近年來，江川區持續推進星雲湖湖外水資源循環利用綜合性工程，創新推廣生態種養模式，科學劃定禁養區與限養區，持續補植和修復溼地原生植物群落，不斷提升湖泊自淨能力，為魚類生存繁衍提供了優良的水生態環境。下一步，將繼續完善生態調控機制，優化魚類增殖放流、棲息地修復等保護措施，讓生態保護成果惠及子孫後代。(完)
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