2025年全國青少年無線電測向錦標賽在伊春開賽
2025-10-26 13:04 1,347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)
編者按：今年是「綠水青山就是金山銀山」理念提出20周年。20年來，在「兩山」理念指引下，各地湧現出一批堅持綠色發展的創新實踐故事。即日起，光明網推出「兩山」理念與美麗中國系列報導，探訪「生態綠」與「煙火氣」共生圖景，展現「綠意生金銀」的生動實踐。 「兩山」理念與美麗中國丨「無廢城市」綠色變奏曲：變廢為寶 循環生金 城市生態環境質量與人民群眾獲得感、幸福感息息相關。習近平總書記指出，要加強固體廢物綜合治理，加快「無廢城市」建設，全鏈條治理塑料汙染，持續推進新汙染物協同治理和環境風險管控。近年來，各地積極探索具有地方特色的「無廢城市」建設經驗模式，為居民創造更加宜居、宜業、宜遊的城市生態環境。讓我們走近全國首批「無廢城市」建設試點城市重慶，感受綠色發展理念下的城市新貌。 「兩山」理念與美麗中國丨「無廢城市」綠色變奏曲：變廢為寶 循環生金 當竹蒸籠裡騰起第一縷煙火，當輕軌穿樓喚醒寂靜的城市，一部綠色變奏曲正在重慶上演。廢棄物的重生，正化作城市的呼吸，融進了山城的晨昏。 早上一碗小面，是重慶人對早餐最強烈的儀式感。然而，早餐打包所帶來的塑料餐盒，卻是環保工作的「老大難」問題。如今，「塑料交情」終止，隨之而來的是可降解材料的「真朋友」。在與智能回收箱的配合下，它們也找到了終極歸宿。 「兩山」理念與美麗中國丨「無廢城市」綠色變奏曲：變廢為寶 循環生金 重慶市九龍坡區兩網融合智慧服務中心現場解說員謝冰欣：我們的智能投放箱24小時都可以投放，紙類、織物、金屬、塑料等廢棄物投放進去後，智能回收箱會自動識別、稱重，環保金也會即刻打到居民的帳戶裡面。這些廢棄物，我們會統一回收到處置場，通過人工和機器分揀後打碎，再流轉到下個企業，比如塑料類就進入塑料廠。 「兩山」理念與美麗中國丨「無廢城市」綠色變奏曲：變廢為寶 循環生金 重慶市九龍坡區民主村內，居民們拿起了智慧型手機，完成了「掃一掃讓垃圾變廢為寶」的過程。 這樣的改變，只是重慶「無廢城市」建設的一個縮影。作為一座離不開火鍋的城市，餐飲廢油如何科學利用？重慶同樣給出了答案。 「兩山」理念與美麗中國丨「無廢城市」綠色變奏曲：變廢為寶 循環生金 餐廚垃圾的廢棄油脂，通過沉降、分離等工藝，可以轉化成工業級混合油，再由工業級混合油製成生物柴油、生物航煤，應用於航空、工業品等行業。 重慶市大渡口區生態環境局副局長劉寧：我們區裡面到目前為止已經建設了154個「無廢細胞」，下一步我們將培育和建設更多的有代表性的「無廢城市」建設的典型案例，為全市「無廢城市」建設貢獻大渡口區力量。 沒有汙染環境的垃圾，只有放錯地方的資源。無廢並非真的一點兒廢棄物都沒有，讓垃圾找到對的位置，同樣可以發光發熱。 「兩山」理念與美麗中國丨「無廢城市」綠色變奏曲：變廢為寶 循環生金 國網重慶市電力公司電力再生資源循環利用公司生產主管王開才：我們的第三代乾絲機可以把電力設備用的鋼芯鋁絞線的鋼絲和鋁分開。在沒拆分之前，鋼芯鋁絞線一噸在7000塊錢左右，拆開以後，鋁一噸可以賣到1.9萬元左右，鋼絲可以賣到3500～4000元，增長幅度在30%～50%之間。 國網重慶市電力公司電力再生資源循環利用公司主任張錚：截至目前，我們中心累計完成了6700多臺變壓器，4800餘噸電力電纜等物資的拆解處置工作，累計產出電纜、銅線圈、銅鋁線、變壓器、油等報廢物資共計1.7萬噸，總共實現碳減排58萬餘噸。 「兩山」理念與美麗中國丨「無廢城市」綠色變奏曲：變廢為寶 循環生金 作為全國首批「無廢城市」建設試點之一，如今，重慶已建設3800餘個「無廢細胞」，「無廢學校」「無廢醫院」「無廢社區」「無廢酒店」「無廢公園」如雨後春筍般出現，真正實現了惠企惠民。 預計到2027年，全國「無廢城市」建設的比例達到60%，它們將共同編織起一個更有溫度的綠色未來。 記者：張佳興 蔡琳
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