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2026-01-19 04:20 2,587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)
視頻：感知生態之變丨淨土保衛戰交出亮眼答捲來源：央視新聞客戶端 土壤質量關係百姓的米袋子、菜籃子。習近平總書記指出，強化土壤汙染管控和修復，有效防範風險，讓老百姓吃得放心、住得安心。黨的十八大以來，我國不斷強化土壤汙染防控，紮實推進淨土保衛戰，一張「防得住」「摸得清」「管得嚴」的土壤環境安全防護網悄然形成，全國土壤汙染加重趨勢得到初步遏制。 這個暑假，來福建紫金山國家礦山公園遊玩的人絡繹不絕。當記者碰見陳興華的時候，他正拿著手機，在給旁邊的人介紹這裡以前的老樣子。 福建省龍巖市上杭縣居民 陳興華：原來這個地方都是我們堆廢渣的地方，樹跟草都長不了。現在改變太大了。 通過實景三維技術，我們看到了這片土壤更為直觀的變化。如今，紫金山這片2.38萬畝的土壤上，427萬株各類花木茁壯成長，每年的固碳量就相當於吸收了30萬輛汽車全年排放的尾氣。 而通過衛星，可以見證土壤更多的復甦。江西萍鄉，廢棄礦山冬瓜槽，從黑色的「生態傷疤」變成了「梯田綠洲」；廣西南寧，300多個斑駁的遺留礦坑，變成了園博園的礦坑花園。湖北武漢，靈山採石場，從塵土瀰漫的「灰山」，變成了「靈山花境」，現在是百畝花海與懸崖草甸交相輝映。 黨的十八大以來，我國不斷加強礦山生態保護修復，68個歷史遺留礦山修復示範工程在全國陸續展開，超500萬畝因採礦而留下的「傷口」得以痊癒。 「大地傷疤」在被撫平，昔日飽受汙染困擾的土地，如今也在煥發生機。湖南岳陽，種糧大戶姚林現在再也不用擔心附近工業園的工業汙水是否會偷排、漏排到土地中去。 湖南省嶽陽市雲溪區農民 姚林：以前，每次用水都要看一下，現在好了，它們有24個小時的監測設備。 「它們」，指的是安裝在嶽陽市各企業排水口的1000多套排汙在線監測設備。在這些藍色的管道裡，是工業企業產生的汙水。60多家企業都有獨立的排汙管道，通過主管網連接到3公裡外的汙水處理廠。每根管道中的任何異常，都會被實時監測系統感知。 如今，一個從源頭防治土壤汙染的立體網絡已經在全國鋪開：天上，7顆衛星正在攜手密切關注著土壤汙染和生態安全。地面，38880個土壤環境監測點，空天地一體的監測網絡正在全天候為土壤與地下水生態環境質量監管保駕護航。持之以恆的不懈努力，讓我國土壤汙染加重趨勢得到初步遏制。2015年，還只有70.6%的受汙染耕地得到安全利用，而現在，這一比例已經提高到93%左右。
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