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)
北京8月12日電 (記者 應妮)「2025北京北京」大衛與紫禁城室內合唱音樂會日前在北京音樂廳上演。本場音樂會由青年鋼琴家曲大衛全程領銜,身兼編曲、指揮與鋼琴藝術指導三職,攜手音樂喜劇創始人侯樂天、紫禁城室內合唱團一同為觀眾帶來一場笑聲與樂聲交融的聽覺盛宴。 音樂會現場。 主辦方供圖 當晚的演出現場徹底打破了傳統合唱音樂會的刻板印象,螢光棒的五色光芒與合唱團的美妙和聲交相輝映:《北京北京》《刀劍如夢》《想你的365天》《光輝歲月》《海闊天空》……一首首承載著時代記憶的經典曲目在音樂廳內流轉迴蕩,既喚醒了觀眾心底的青春情懷,也徹底刷新了大眾對合唱藝術的固有認知。 這場音樂會最令人耳目一新的突破在於喜劇基因與合唱藝術的結合。整場演出以詼諧幽默的曲目解讀串聯始終,讓觀眾在捧腹大笑間自然而然地穿透旋律表層,與作品的情感內核產生強烈共振。如演繹《刀劍如夢》時,導賞者以武俠迷的口吻妙喻聲部特色,女高音刺破雲霄的聲線恰似「倚天劍」出鞘,男高音沉雄厚重的音色宛若「屠龍刀」揮斬;《想你的365天》則在甜潤人聲中注入爵士靈魂,樂章收尾時全體團員同步打響指的默契配合,讓阿卡貝拉的純粹人聲與肢體韻律交融成流動的星河,為經典情歌鍍上一層浪漫的光暈;當《世間始終你好》的前奏響起,一位團員突然手持雙截棍躍至臺前,行雲流水的武術動作與激昂合唱形成奇妙對話,更帶動全場觀眾齊呼「吼哈」應和,將「80後」集體記憶裡的武俠豪情推向高潮。 作為合唱團音樂總監,曲大衛同時兼任指揮與鋼琴藝術指導,他始終堅持為合唱團編創合唱作品,「只有創作者最清楚作品原始的情感與意圖,這樣才能讓現場的每一個音符都真實可感,真正打動觀眾。」他表示,合唱團採用新穎的演出形式,正是為了讓觀眾更沉浸地感受現場溫度,「未來我們會繼續打磨更多高質量的作品,讓合唱藝術煥發更多可能。」(完)
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