福建農林大學與南平市共建新校區
2025-10-22 14:46 2,798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)
陝西省考古研究院院長、周原考古隊領隊種建榮幾十年潛心考古發掘與研究—— 探秘周原遺址的「三重城」(賡續歷史文脈·考古故事) 人物小傳 種建榮，1972年生，陝西渭南人，陝西省考古研究院(陝西考古博物館)黨委書記、院(館)長，陝西省考古學會會長。他先後主持或參與周原、周公廟、清澗辛莊、澄城劉家窪遺址等考古項目30餘項，其中5項入選「全國十大考古新發現」，主持完成國家級和省部級科研項目5項。 在陝西省寶雞市扶風、岐山兩縣的交界處，有一處被稱為周原的考古遺址。這裡面積達30平方千米，是目前發現的規模最大、遺存最豐富的先周、西周時期遺址，也是周原考古隊領隊種建榮傾注半生心血的地方。 對種建榮來說，「周原遺址」像一位相識多年的老友。 找 城 「無論遇到什麼困難，找城都是我們念茲在茲的使命」 「周原」一詞，在古代文獻中作為周人崛起的都城曾多次出現。據文獻記載，3000多年前，居住在豳(今陝西省彬州市、旬邑縣西南一帶)的姬姓部落，在首領古公亶父的率領下，舉族遷徙到「岐下」，他們將這片肥沃的土地稱為「周原」。周人在這裡積蓄力量，最終覆滅了商朝。 種建榮介紹，周代與商代文明路徑迥異。商代以武力徵服四方，周代則秉持「和而不同、求同存異」的理念。「文化、民族、體制的認同，就是在這個時候奠定的。」種建榮說。 找到傳說中的「周人聖地」，成為幾代周原考古人的共同使命。20世紀40年代，考古學家石璋如根據文獻記載的大致位置展開田野調查，由此揭開了周原考古的序幕。2003年，周原李家西周鑄銅作坊遺址出土了數以千計的西周陶範，讓周原遺址首次入選「全國十大考古新發現」。2015年，考古隊整合多年成果，包括鳳雛建築群等重要發現，以及系統揭示的周原水網體系，讓周原遺址再次入選「全國十大考古新發現」。然而，一個關鍵問題始終縈繞在周原考古人心頭。「都邑，肯定要有城嘛。」種建榮說，「無論遇到什麼困難，找城都是我們念茲在茲的使命。」 2020年，考古隊在分析王家溝水庫區域航拍影像時，發現了重要線索：周原地勢北高南低，水系多呈南北走向，而王家溝一條支流卻呈現出異常的東西向直角轉折。他們對照圖紙實地勘測，發現北邊還有一條平行的水渠，與直角部分形成一個方方正正的區域。一個想法隨即在種建榮腦海中閃過——這會不會是環繞在城外的城壕？ 「如果這是城壕，裡面肯定有牆！」種建榮帶領隊員們繼續尋找，終於發現一座「小城」。考古隊循著「小城」城牆的方向向外探查，發現西牆和北牆都有向外延伸的跡象。經過勘探，一座規模更大的外城逐漸顯現，這就是後來確認的「大城」。 在對「小城」內部進行精細鑽探時，考古隊又發現了一道東西向的牆和兩道南北向的牆，在「小城」北部合圍成方形。他們將這座新發現的「小小城」稱為「宮城」。至此，周原遺址「宮城—小城—大城」的三重城垣結構完整呈現。憑藉這一發現，「周原遺址」在今年年初再次入選「全國十大考古新發現」。「這圓了幾代周原考古人的夢！」種建榮說。 破 局 「考古學主要講證據鏈，當許多線索指向同一個地方，就可以達成共識了」 提到和周原結緣，種建榮說：「我小時候想當警察，大學期間陰差陽錯被調劑到歷史系，那時心裡不太樂意。」1996年9月，種建榮畢業後進入陝西省考古研究所，在辦公室從事文書工作。有一次去考古工地現場，他發現考古有點像破案——根據發掘到的零散信息，對照文獻尋找答案，推理還原歷史的真實面貌。他瞬間來了興趣，不久便主動申請加入考古隊。 2002年，種建榮加入周原考古隊。他回憶，世紀之交，儘管周原考古積累了一定成果，卻缺少能夠確證這裡是文獻記載中古公亶父所遷「周原」的決定性證據。一名考古隊員坦言：「很多學者認為這裡不是文獻記載中的都城，而是某個異姓貴族的家族採邑。」考古隊內部也出現了質疑的聲音——發掘了幾十年，這裡究竟是不是真正的周原？ 面對周原性質難以判定的困局，考古隊決定到田野間找答案。從研究角度看，需要關注的應該是這附近的同時期遺址。綜合判斷後，考古隊覺得周公廟符合條件。自2004年起，周原考古隊重點開展周公廟遺址的考古發掘。考古證實，周公廟遺址正是周公家族的採邑所在，但規模遠不及周原。周公是周武王的弟弟，他的家族採邑規模應該很大，或者說僅次於「都城」。如果周公廟規模遠不及周原，那周原很大可能就是「都城」。這一發現重新堅定了考古隊對周原的信心，中斷多年後，他們再次將目光投向周原。 「重返周原」後，周原考古工作迎來了全新局面。團隊將遺址視為一個有機整體，系統研究聚落結構和功能分區，還結合手工業考古和實驗室考古成果，建立了地理信息系統。 多年積累終於在2020年迎來重大突破。自這年起，周原南部區域陸續發現了一批戰國至漢代的墓葬，出土了多件刻有「美陽」「美亭」字樣的陶器。《漢書·地理志》記載：「美陽，《禹貢》岐山在西北。中水鄉，周太王所邑。」也就是說，當年古公亶父所遷之地，可能就在漢代的美陽縣。因為陶質的東西，在當時不會經過太遠距離的運輸。此次出土陶器上的「美陽」字樣，或許能成為「周原即漢代美陽」的有力佐證。 更直接的證據出現在王家嘴區域的發掘中。2020年至2022年，考古隊在這裡發掘出一座建築面積2500平方米的夯土建築基址，這是目前所見先周時期最大的宮殿建築遺存，這個周人曾經修建的高等級建築，為「周原遺址」就是古公亶父遷岐之地提供了關鍵證據。種建榮說：「考古學主要講證據鏈，當許多線索指向同一個地方，就可以達成共識了。」 接 續 「一寸一寸丈量，一寸一寸發現，這是我們共同的堅持」 「如果從石璋如先生算起，到我這裡，應該都算四代或四代半周原考古人了。」種建榮說。如今，由陝西省考古研究院、北京大學考古文博學院和中國社會科學院考古研究所三家單位聯合組建新的考古團隊，正在接力發掘。「我們住在一塊兒，一起發掘，共享成果。」青年考古隊員閆永強說。 目前，團隊成員的年齡大多在二三十歲，除正式隊員外，團隊還吸引了很多研究生前來實習。 別看這些年輕人愛鬧愛笑，工作起來個個都很較真。剛挖出一座墓葬、正在記錄人骨形狀的王昱霖，是剛畢業的95後女生；在實驗室專注做植物遺存鑑定的周輝也是女生，去年碩士畢業來到這裡。當被問及男女生是否有室內室外的分工時，她們回答：「雖然各有分工，但都要參與田野發掘。」周輝說：「野外的工作環境雖然辛苦，但那種發現歷史遺存的震撼，用任何語言都難以形容。」去年入職的閆永強，今年「五一」假期剛結婚，婚後很快就回到了考古基地。他說：「媳婦兒支持我工作，也理解我。」 面對這些年輕隊員，種建榮很欣慰。他說，如果還有什麼需要告訴他們的，那就是：「一寸一寸丈量，一寸一寸發現，這是我們共同的堅持。」 烈日炎炎，接受完採訪後，考古隊員又拿上手鏟，戴上草帽，前往各自的探方。 延伸閱讀 周原遺址田野考古工作是如何開展的 周原遺址位於關中平原西部，今陝西寶雞市岐山、扶風兩縣北部的交界地帶，是目前所知遺存最豐富的先周文化遺址、面積最大的西周遺址。在這裡，當時的人們從偏居西陲的「小邦周」發展壯大，最終建立了西周王朝。 周原的考古工作始於20世紀40年代石璋如先生的調查，至今已有80餘年歷史。上世紀50年代至80年代初，周原遺址的田野考古工作主要是對遺址範圍和內涵進行初步了解，明確了周原遺址的重要價值；1999年至2005年，考古工作基本建立了周原遺址商周時期較為詳細的考古學文化譜系；2012年起，考古工作在「聚落考古」理念指導下展開；2020年至今，周原遺址在王家嘴發現了一組先周文化大型夯土建築，填補了以往周原遺址先周時期高等級遺蹟的空白，並發現了布局方正、規劃嚴謹的三重城垣。 人民日報客戶端 《國家人文歷史》記者 胡心雅
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