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)
與大運會時隔兩年,成都又一次成為世界體壇熱點所在——8月7日晚,第12屆世界運動會在成都天府國際會議中心「天府之簷」盛大開幕。來自116個國家和地區的3942名運動員相聚成都,他們將共同書寫世界運動會歷史上規模最大的一屆盛會。對於成都市民來說,世界運動會相比兩年前在這裡舉行的世界大學生運動會,多少顯得有些陌生。世界運動會上的一些比賽項目,諸如棍網球、荷球、浮士德球等,對很多中國人更是陌生。但強調運動項目的多樣性、多元化,詮釋運動的無限可能,正是世界運動會的核心價值與最大魅力。首次落地中國大陸的世界運動會,也將鼓勵運動多樣化的理念帶入中國,進而進一步推動中國體育事業的繁榮發展。與奧運會的相互補充和促進相比起超過百年歷史的現代奧運會,世界運動會的誕生時間要晚很多。上世紀70年代,因奧運會的規模所限,一些運動項目遲遲無法進入奧運會,但登上國際性綜合運動會舞臺是很多運動員的夢想。這些非奧運項目的國際單項體育聯合會,因此希望為運動員開創一個國際性運動會,以便讓這些運動員也能獲得參加像奧運會那樣的國際綜合性運動會的機會。世界運動會就在這樣的背景下誕生了。1981年,首屆世界運動會在美國舉行。世界運動會以非奧運項目為主,其中既有一些對於中國人來說十分冷門的項目,諸如棍網球、荷球、浮士德球、短柄牆球,也有一些中國人較為熟悉而且中國運動員極具實力的項目,如技巧、健美操、啦啦操、體育舞蹈、輪滑、撞球、武術、龍舟。還有一些項目曾屬於世界運動會,但在成為奧運項目之後就離開了世界運動會,如羽毛球、跆拳道、女子舉重、鐵人三項。另外還有一些項目在成為奧運項目之後未能留在奧運會,所以它們在世界運動會進進出出,如霹靂舞、棒壘球。由於世界運動會與奧運會形成了相互補充、相互促進的關係,已故國際奧委會原主席胡安·安東尼奧·薩馬蘭奇先生曾高度評價世界運動會是「二級奧運會」。一些從世界運動會走向奧運會的項目,如羽毛球、跆拳道、女子舉重、霹靂舞,它們在世界運動會的存在經歷對其加入奧運會有著十分重要的參考意義,薩馬蘭奇先生也曾進一步闡釋過世界運動會的角色是「奧運會的實驗室」。成都體育學院天府國際體育賽事研究院院長柳偉在接受中青報·中青網記者專訪時認為,儘管世界運動會遠不像奧運會那樣具有巨大的全球影響力,但世界運動會的存在對於世界體育運動的均衡發展來說具有不可或缺的意義。柳偉說:「世界運動會為非奧運項目提供了頂級競技平臺,填補了奧運會覆蓋範圍的空白。一些項目如飛盤、軟式曲棍球,擁有廣泛的群眾參與基礎和文化價值,世運會的存在確保了它們的國際發展和競技提升,促進了全球體育的多樣性。」奧運會是當前全球最重要的頂級綜合性運動會,世界運動會與奧運會並非競爭關係。世運會與奧運會的互補,也讓世界體育運動的發展獲得一加一大於二的增益。柳偉表示,「奧運會聚焦高競技性項目,而世運會更注重包容性和創新性,為新興項目提供試驗場。一些世運會項目,如攀巖、滑板已成功進入奧運會,證明了世運會在推動體育項目進化中的關鍵作用。」此外,世運會強調「團結、包容、多樣性」,吸引不同文化背景的運動員和觀眾,增強了全球體育的凝聚力,其較低的舉辦門檻也為更多城市提供了承辦國際賽事的機會,擴大了體育文化的全球傳播。世運會與成都的雙向奔赴世界運動會之前在中國的知名度、影響力都比較低,這與中國大陸從未舉辦過這一非奧運項目的全球頂級賽事有很大關係。2018年,薩馬蘭奇體育發展基金會協助成都申辦世界運動會,為此後世界運動會首次落地中國大陸發揮了十分重要的作用。薩馬蘭奇體育發展基金會相關負責人在接受中青報·中青網記者專訪時表示,「通過支持成都申辦世運會,薩馬蘭奇基金會旨在將多元體育文化引入中國,填補中國大陸承辦此類國際賽事的空白。同時,2018年正值成都推進『三城三都』(包括『賽事名城』)建設的關鍵階段。薩馬蘭奇基金會深度參與成都申辦世運會的全流程,包括協調IWGA(國際世界運動會協會) 考察評估,最終助力成都成功獲得2025年世運會舉辦權。這是成都積累國際賽事經驗、為未來申辦更高規格賽事鋪路的重要一步。」8月7日上午,國際世界運動會協會副主席湯姆·迪倫稱讚成都為世界運動會的發展創造了許多個「首次」,包括在世界運動會歷史上首次舉辦的火炬傳遞活動,將世運會體育精神直接帶到成都市民身邊。成都也將充分利用現有和改造後的體育設施舉辦本屆世運會,這被湯姆·迪倫評價為「最具可持續性的一屆世運會,樹立了辦賽的新標杆」。成都世運會剛剛揭幕,但為世界運動會及全球體育繁榮發展做出的重要貢獻已經展現出來。柳偉認為,「成都首次為世界運動會設計火炬並策劃火炬傳遞,賦予賽事更強的儀式感和文化象徵意義。火炬設計融入大熊貓、芙蓉花等成都元素,結合『團結、包容、多樣性』的理念,彰顯了中國文化與全球體育精神的交融。這種創新不僅提升了世運會的全球辨識度,也為非奧運項目的文化傳播注入了新活力。」作為中國西部重要中心城市、國家歷史文化名城、西部科技創新中心,成都也通過舉辦世界運動會,進一步在全球展現了城市的包容、開放以及活力、魅力。成都世運會執委會執行副主席兼秘書長、成都市副市長許興國介紹,「成都以舉辦世運會為契機,持續提升城市環境品質,在城市重要道路節點、公園景區融入世運元素,全面呈現『公園城市、活力世運』的園林景觀和『乾淨、整潔、有序、美麗』城市形象。成都同時結合全民健身,深入開展世運項目進社區、進學校、進商圈和『跟著賽事去旅行』系列活動,打造130個市民家門口的『世運空間』,吸引市民遊客參與體驗跑酷、飛盤、攀巖、射箭等新潮運動。」在本屆世運會賽前新聞發布會上,義大利女子射箭選手基亞拉·雷巴利亞蒂作為運動員代表,表示自己已經做好計劃,她期待著在完成比賽任務之後的「成都漫步」。助力中國實現全民體育8月6日下午,在率先開賽的本屆世運會軟式曲棍球比賽現場,觀眾席上有不少觀眾都是帶著孩子觀看比賽的家長,這是他們第一次觀看軟式曲棍球這個項目,但孩子們紛紛表達了希望體驗、參與這項運動的願望,家長們也基本上表示支持。可以預見,隨著本屆世運會各個比賽項目的陸續開賽,很多冷門、小眾的運動項目都將第一次闖入國人視野,很多中國觀眾也將第一次感受到,在主流的奧運項目之外,體育世界是如此的多元、多彩。根據2024年全國群眾體育工作會議公布的數據,截至2023年底,我國體育場地達459.27萬個、人均體育場地面積2.89平方米、經常參加體育鍛鍊的人數比例達37.2%。當參加體育運動已經成為市民日常生活的重要組成部分,國人對體育運動項目的多元化需求也成為必然。近幾年,諸如飛盤、槳板、匹克球等新興運動在國內的迅速走熱,也反映出當人們的體育運動熱情被點燃,體育消費的欲望被釋放,運動興趣的選擇一定不會只局限在少數幾個主流項目。薩馬蘭奇體育發展基金會相關負責人向記者表示,「世運會強調『包容與多樣性』,這與中國的體育觀念從『唯金牌論』向『全民體育』轉型的趨勢相契合。成都世運會的申辦、舉辦,是中國體育全球化與多元化的關鍵一步。成都世運會的包容性理念、科技賦能實踐及產業化探索,不僅豐富了全球體育生態,更為中國體育高質量發展注入新動能。」成都世運會的舉辦在一定程度上也體現了當下中國體育發展的時代之所需。柳偉表示,「成都首次在中國大陸舉辦世界運動會,通過非奧運項目的多樣性展示,打破了公眾對體育的傳統認知局限,為他們植入了『團結、包容、多樣性』的體育價值觀。這種理念將長期影響成都乃至中國的體育發展,鼓勵人們接納小眾運動,拓寬運動參與視野。」
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