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2025-12-28 11:10 9,543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)
運城8月8日電 (李庭耀 李泱南 楊秀文)夏末秋初，踏入山西省運城市聞喜縣陽隅鎮甕村，清甜果香撲面而來。村民董平便的果園裡，雞心果掛滿枝頭，色澤鮮豔如紅寶石，形狀恰似雞心，他和家人穿梭於果樹採摘、裝筐。 村民董平便的果園裡，雞心果掛滿枝頭，色澤鮮豔如紅寶石，形狀恰似雞心。 李東生 攝 「今年從7月27日開始採摘，目前已收穫3000多斤，批發價每斤能賣6.5元。瞧瞧樹上那些還沒完全變紅的果子，預計還能採摘3000多斤。每畝收入穩超3萬元。」董平便說。 作為無公害蘋果生產示範基地，甕村的紅富士等傳統蘋果品種曾憑藉「長日照、大溫差」的氣候條件，在市場上佔據一席之地。然而，隨著時間的推移，當地果樹逐漸老化，掛果率降低、管理成本攀升、市場競爭力減弱等問題日益突出，老果園發展陷入困境。 村民正在採摘雞心果。 李東生 攝 甕村因地制宜，通過引入雞心果這一優質品種，喚醒了老果園的生機與活力，推動傳統蘋果產業蝶變升級，讓一顆顆雞心果成為村民增收致富的「金果子」。 2021年，在一次外出參觀時，董平便在河南靈寶看到雞心果種植省時高效，於是在自家老果園裡率先嘗試嫁接了1畝雞心果。意想不到的是，這樣的嘗試在第二年就收穫了不錯的效益，第三年更是迎來大豐收。這讓他信心大增，果斷將種植規模擴大到5畝。 「當初就是看中它省工省事，不用套袋、疏花，沒想到試種出來的口感還很好。」董平便說。 相較於紅富士，雞心果有諸多優勢，它能提前兩個月上市，搶佔鮮果市場的先機；甜度高、水分足，備受消費者喜愛；無需套袋、疏花等繁瑣工序，每畝能節省20多個工時，成本降低30%以上。正是這些優勢，使雞心果為老果園帶來了新的發展機遇。 甕村黨支部書記、村委會主任王鋒表示：「目前，村裡有1000多畝傳統果樹。下一步，我們計劃帶領村民對果園進行升級改造，讓雞心果為更多鄉親帶來增收紅利，讓老果園真正成為大家的『聚寶盆』。」(完)
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