湖南省油茶林面積、茶油產量、年總產值均居全國首位
2025-10-25 18:25 2,473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)
核心閱讀 近日，農業農村部會同水利部、生態環境部、交通運輸部聯合發布的《長江流域水生生物資源及生境狀況公報(2024年)》顯示，長江流域水生生物資源恢復態勢總體向好，完整性指數持續提升。要繼續加強長江珍稀瀕危物種保護，加大拯救行動措施力度。 《長江流域水生生物資源及生境狀況公報(2024年)》顯示，長江水生生物資源恢復態勢總體向好，2024年，長江幹流單位資源量為2.3千克，比2023年上升9.5%；物種多樣性水平穩步回升，2021年至2024年，長江流域累計監測到土著魚類344種，種類數比禁漁前(2017年至2020年)增加36種；棲息生境總體穩定，2024年，長江幹支流水質評價總體為優，Ⅰ—Ⅲ類水質斷面佔98.6%，比2023年上升0.1個百分點。針對長江禁漁後水生生物資源及生境恢復成效，有關專家進行了解讀。 長江部分重點保護物種數量上升，赤水河水生生物保護工作取得良好成效 重點保護物種方面，長江江豚分布範圍呈現進一步擴散趨勢，斑塊分布狀況趨於緩解，部分重點保護物種數量上升，新監測到長鰭吻鮈、紅唇薄鰍等2種國家二級重點保護物種，近30年來首次監測到胭脂魚自然繁殖。經濟魚類方面，四大家魚(青魚、草魚、鰱魚、鱅魚)在長江中遊監利斷面卵苗資源量是禁漁前2020年的6.2倍。此外，首次在宜昌和監利江段發現一定規模的䲘產卵場、在赤水河赤水市江段監測到鰻鱺。 赤水河是長江上遊珍稀特有魚類國家級自然保護區的重點區域，對於構建長江上遊生態安全屏障具有重大意義。 2017年開始實施全面禁漁以來，赤水河不同江段水生生物多樣性持續穩步提升，整體資源量明顯增加，2021年至2024年累計監測到土著魚類117種。珍稀特有魚類物種數和資源量維持在較高水平，水生生物完整性指數連續3年穩定在「良」等級。 近年來，農業農村部指導貴州、四川、雲南建立土著魚類良種繁育場，突破裂腹魚、斑鱯、鱸鯉、雲南光唇魚等土著魚類人工繁育技術。「十四五」期間，赤水河流域三省共放流珍稀土著魚類663萬尾，有效補充土著魚類野外種群資源。在赤水河幹流開展長江鱘自然繁殖試驗，通過局部水域生境改造，成功監測到人工放流長江鱘產卵行為並孵化出苗。 同時，赤水河流域實施幹支流連通修復工程。截至2024年12月底，赤水河流域基本恢復了銅車河、白沙河、古藺河和大同河等一級支流自然連通，中華倒刺䰾、白甲魚等珍稀魚類重新進入支流攝食繁殖，不同區域的魚類物種數量和資源量均明顯增加。 長江天然水域的魚類資源和多樣性仍在緩慢恢復階段 有媒體報導，長江部分水域出現魚類大量聚集，顯得「魚多了」。經過觀察研究，魚類大量聚集僅是局部水域的特定現象，不能代表長江流域水生生物多樣性已經恢復。 出現魚類大量聚集現象主要有三種情況：一是在閘壩、河灣、河口等水域，一些魚類因洄遊、索餌、繁殖、水文條件吸引等習性驅動，在特定時間會出現應激性聚集；二是在少數封閉型湖泊水庫，前期增殖放流或上遊來水導致養殖「逃逸」的四大家魚存活率上升，數量增加，個體規格增大；三是長期投餵引發「馴化效應」，在無捕撈威脅環境下，人們長期在局部水域投餵形成穩定食物源，野生魚對人類活動警惕性降低，長期駐留岸邊覓食導致魚類大量聚集。 目前，長江天然水域的魚類資源和多樣性仍在緩慢恢復階段。中華鱘、長江鱘等珍稀瀕危旗艦物種保護恢復速度緩慢，還有相當一部分土著魚保護的關鍵技術尚未突破。儘管禁漁以來新增監測到36種土著魚類，但是歷史上曾經分布的443種魚類中，還有99種沒有被監測到。 從生物機理看，水域捕撈壓力消除後，一些生命周期短、繁殖快的低營養級魚類資源首先較快恢復、個體規格增大，通過食物鏈為較高營養級魚類、鳥類提供食物，此後，不同營養級魚類種群和群落結構通過自我調節不斷優化，最終達到生物多樣性水平更高、群落結構更穩定的新平衡狀態。 青海湖的禁漁實踐也充分證明，魚類資源恢復是個長期的過程。青海湖自2001年開始全面禁漁至今已24年，但是魚類資源恢復還是比較緩慢，僅達到歷史上的1/3，目前仍需全面禁漁。 加強長江珍稀瀕危物種保護，需優化升級珍稀物種拯救行動計劃 中華鱘、長江鱘、長江江豚是長江的旗艦性物種，也是反映長江生態系統健康狀況的重要指示物種。 農業農村部持續落實拯救行動計劃，取得一定成效。今年已放流97萬尾中華鱘，根據監測結果推算，其中361尾超聲波標誌的個體已有超過60%到達長江口，在上海、浙江、江蘇等省市多處海域監測到中華鱘分布，野外資源補充成效顯著。長江江豚種群數量呈現出持續穩定的態勢。在長江幹流和赤水河幹流實施長江鱘天然水域產卵場改造與自然繁殖試驗，成功監測到繁殖，長江鱘野外種群重建邁出關鍵一步。 然而，受多種因素影響，當前珍稀瀕危物種種群恢復緩慢，物種生存危機遠未解除。中華鱘已連續8年未監測到自然繁殖，2024年到達葛洲壩下的成魚數量僅為10尾；野外監測到的長江鱘均為人工放流個體，長江珍稀瀕危物種保護形勢依然嚴峻。 為加強長江珍稀瀕危物種保護，需優化升級珍稀物種拯救行動計劃，加大拯救行動措施力度。例如，持續擴大中華鱘人工保種和增殖放流規模，開展中華鱘「江—海—江」仿生活史接力保種；組織相關省份及時排查清理水下殘存網片、魚線、錨鉤等潛在威脅物；深入推進長江鱘產卵場修復和自然繁殖試驗，推進恢復種群自我維持能力等。 《 人民日報 》
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