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2025-12-21 14:32 7,329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)
延邊8月14日電 (譚偉旗 李彥國)立秋時節，吉林延邊天高雲淡、空氣宜人。奶頭山村不時傳出陣陣歡笑聲，中外遊客溯溪(沿著溪流徒步探險)、採參、泡溫泉、玩越野摩託，盡情感受這個邊疆村落的獨特魅力。 遊客們正在帶領家人進行溯溪活動。楊麗娜供圖 這樣的場景讓楊麗娜頗為欣慰。楊麗娜是延邊州和龍市光東村歸心民宿專業合作社理事長，紮根鄉村發展文旅事業14年。今年6月，中央精神文明建設辦公室發布2025年首次「中國好人榜」，楊麗娜在列。 時間回到2011年，年輕的楊麗娜做出一個讓身邊人頗為意外的決定：辭去雲南一家旅行社的高薪工作，回家鄉延邊州和龍市光東村。彼時，光東村是一個典型的貧困村、空心村，年輕人紛紛外出打工，村裡只剩下老人和孩子，人均年收入僅3000元，發展動力不足。 「鄉村要發展，總得有人願意回來。」懷揣著這份初心，楊麗娜踏上了艱難的創業之路。實地考察後，她發現光東村有「海蘭江畔稻花香」的天然田園景觀、濃鬱的朝鮮族民俗文化，具有發展鄉村文旅產業的資源和優勢。 楊麗娜四處籌措，借到8萬元啟動資金，帶領村民將荒廢的小學改建成民俗餐廳。她耐心說服村民將閒置房屋改造成民宿，並組織培訓教他們製作朝鮮族手工藝品、烹飪特色美食、表演民族歌舞。漸漸地，幾十戶閒置房屋被盤活，村民成了民宿「管家」，光東村煥發出新的生機。 為了讓村民真正富起來，楊麗娜還創造性地將稻田變成了旅遊景點。稻田邊修建了「小火車」，打造了稻田畫，引來大量遊客。同時，她與科研單位合作，提升水稻種植技術，將光東大米的價格從每斤3元提升到30元至100元。2018年，楊麗娜註冊了線上商城，將村裡的特產銷往全國。 光東村從一個不知名的窮山村，成了全國首批旅遊重點鄉村。2024年，該村接待遊客近50萬人次，村民生活質量顯著提升。 2015年，楊麗娜萌生帶動其他邊境地區村莊共同發展的想法，她將目光投向了長白山深處的奶頭山村。這個僅有30戶朝鮮族村民的邊境村落，因基礎設施薄弱、交通不便、老齡化嚴重等因素，發展一直滯後。 楊麗娜利用當地的紅色資源和冰雪資源，建設了鄉村振興研學基地、長白山歷史文化展館，開發了霍比特雪屋火鍋等特色項目。2024年冬天，吉林冰雪旅遊火爆，奶頭山村接待遊客40餘萬人次。 吉林省延邊州奶頭山村，遊客們正在林下參基地遊玩。楊麗娜供圖 依託長白山豐富的生態資源，該村還積極探索水稻種植和林下經濟發展，通過「企業+村集體+合作社+農戶」的模式，實現了深度融合，村民的錢包越來越鼓。「目前，光東村和奶頭山村的經營狀態都比較好，我想把這種模式推廣到全國各地的村落。」楊麗娜如是說。(完)
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