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2025-10-26 09:09 4,793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)
郴州8月13日電 (徐志雄 羅俊婕)「按現在的市場價，這一批石蛙就能帶來18萬元收益。」望著滿池即將「出貨」的500公斤石蛙，湖南郴州北湖區石蓋塘街道江口村村支書陳奇龍笑意盈盈地說道，再過半個多月，這些石蛙就將裝車一路南下，運往粵港澳大灣區。 江口村石蛙標準化養殖場飼養的石蛙。 周峰 攝 江口村是藏在湘南深山的一個小村落，海拔約600米，常年平均氣溫22攝氏度左右，森林覆蓋率達98%，山泉水冬暖夏涼，水質清澈甘甜。由於地處偏遠，2022年以前全村沒有集體經濟收入，村民守著綠水青山，卻過著緊日子。 「要改變現狀就不能再等靠要，得讓村子具備『造血』功能。」2021年，在外打拼多年的陳奇龍回村接任村支書，萌生了發展村集體產業的想法。經新一屆村「兩委」班子充分商議，2022年伊始，他們主動進城對接農業科技公司，邀請其實地考察論證，最終決定因地制宜合作發展特種養殖產業。 經過兩年時間的籌備，2024年9月，由農業科技公司出資出技術、江口村出地出力合作建設的石蛙標準化養殖場正式投產。「石蛙對生存環境要求苛刻，水溫超過26攝氏度就可能死亡，水質稍差就會生病。我們江口村，偏偏就有這樣的好山好水。」陳奇龍說，石蛙兼具食用與藥用價值，且市場價格穩定，生存條件與江口村自然環境高度契合，有了石蛙養殖場，村裡也就趟出了致富路。 航拍江口村石蛙標準化養殖場。 周峰 攝 陳奇龍說，目前，有17萬隻蛙苗、5000隻幼蛙及上千公斤成蛙生活在江口村，養殖場已初具規模且市場前景明朗，剛試產就接到了粵港澳大灣區的訂單，處於供不應求的狀態。「未來，我們將一步步擴大規模，開拓江浙滬市場。」 不僅如此，多位村民還通過在養殖場務工，實現每個月不低於3000元的收入。「不用背井離鄉，還能照顧家裡，比打工強多了！」曾經靠進城打零工謀生的村民陳日新說，現在，他每天在養殖場投餵石蛙、清理池水，工作時間固定，收入穩定，他十分滿意現在的工作生活。 「已有好幾個村子來我們這裡學習，希望發展特種養殖產業。」陳奇龍表示，江口村願意當試點，把致富經驗傳遍十裡八鄉。(完)
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