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)
天津8月14日電 題:天津西青「隱形冠軍」集群崛起創新突破築牢產業根基 作者 江瑩 薛淳月 在天津西青區賽達工業園的智能車間內,碳纖維原絲經歷精密蛻變,化身為強度十倍於鋼材的核心材料。這一幕不僅是卡本科技的技術突破縮影,更是天津西青創新生態孕育的「隱形冠軍」企業群像——它們以關鍵技術突圍,正重塑區域產業競爭力。 天津市西青區工信局最新數據顯示,截至2025年上半年,該區創新型中小企業已達498家,其中天津市「專精特新」中小企業221家,國家級專精特新「小巨人」企業20家。這一優質企業梯隊,正成為驅動區域產業向高端躍升的核心引擎。 圖為天津西青經濟技術開發區。(無人機照片)記者 佟鬱 攝 協同創新:破壁攻堅顯擔當 「立體視覺是未來自動駕駛的關鍵支撐。」中科慧眼(天津)電子有限公司總經理蔡華偉介紹。在京津冀協同戰略和天津西青經開區政策支持下,這家深耕立體視覺的企業十年磨一劍,成功打破國外企業在自動駕駛感知算法與磁流變懸架系統的技術壟斷。 「我們實現了全站式自研,技術指標已超越國際同行。」蔡華偉表示。面對早期晶片依賴進口的困境,中科慧眼聯合國內晶片企業協同攻關,穩步推進國產化替代進程。天津西青完善的智能網聯汽車產業政策體系,正加速技術研發到產品製造的鏈條貫通,推動智駕產業集群加速成型。 材料革命:中國標準築基業 在卡本科技的智能產線上,「工業黑金」碳纖維複合材料承載著基建強國的重量。主導制定19項行業標準、產品廣泛應用於國家重大工程,卡本不僅佔據千億級基建加固市場重要地位,更以自主技術築牢安全基石。 面對高速公路橋梁加固材料長期受制於人的困境,卡本科技自主研發的智能預應力碳纖維板集成光纖傳感技術,為西青區王穩莊鎮天源道橋提供24小時安全守護。從技術攻關到工程應用,中國新材料正書寫安全自主的新篇章。 能源新局:前沿探索拓藍海 新能源賽道同樣激蕩著西青智慧。當鋰電池和鉛酸電池安全環保性成為全球難題,華神(天津)新能源科技有限公司自2008年率先探索水系鋅—碘電池替代路徑。「研發初期質疑不斷,如今國內外已有近百個課題組跟進研究。」公司負責人袁志好感慨道。 在天開西青園創新沃土上,華神新能源與產業鏈夥伴緊密協作,加速技術轉化與產業協同。「園區為科研理想提供了高效落地的土壤。」袁志好表示。新能源新材料企業集群在此匯聚,持續為區域經濟注入綠色動能。 智造出海:自主可控闖世界 天津宜科自動化的生產線上,為寧德時代新能源定製的傳感器正精密排布。這種應用於電池生產線的高精度小型化傳感器,曾是中國製造業的痛點——毫米級雷射測距產品長期被德國壟斷。 投入三年近千萬元研發經費,宜科成功突破核心零部件技術壁壘。其41位絕對值多圈編碼器、微米級雷射測距傳感器等20餘項核心技術產品實現進口替代,更在歐洲與北美設立分支。即將在天津召開的上合組織峰會,將為更多如宜科般的天津企業敞開國際市場新通道。 從中科慧眼的「智能之眼」到卡本科技的「工業黑金」,再到宜科自動化的「精密感知」,天津西青區「隱形冠軍」企業群的崛起絕非偶然。政府精準的政策支持與創新服務,為企業營造了潛心突破的優良生態。 「這些企業如同創新『盆景』,正匯聚成引領產業鏈升級的壯闊『風景』。」天津市西青區工信局相關負責人指出。天津西青「隱形冠軍」集群突破技術壁壘的實踐,不僅是企業自身的跨越發展,更是區域經濟向全球產業鏈高端攀升的堅實足跡——它們以自主創新之光照亮「新質生產力」發展之路,為京津冀協同發展寫下生動註腳。(完)
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