中國科技館「科學方法特訓營」暑期營地活動學生成果作品集中亮相
2025-10-23 07:26 3,986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)
近日，一條「宿遷發現兩座罕見魚形墓」的消息在網絡上熱傳，其別致的造型引發網友熱議。記者了解到，這兩座整體造型似魚的南宋(金)時期磚室墓，確實是在江蘇宿遷發掘的，魚形墓因墓葬的整體造型似魚而得名，在古墓中極為罕見。 8月11日上午，記者來到宿遷市博物館，見到了兩座採用「懸空式」整體遷移的方法遷移至宿遷市博物館進行保護的魚形墓。 第一座魚形墓是在2015年由南京大學、宿遷市博物館聯合考古隊在三臺山森林公園建設工地內發掘的。這座保存完好的魚形墓墓室南北走向，長約2.3米，寬約0.6米，墓頂距地表約0.4米。墓室自中部緩緩向兩側收窄，至兩端則微妙地向外延伸，勾勒出一條流暢的「S」形曲線，精準地模仿了魚體優雅的弧度。 墓室南端精心鋪設了4層丁磚，其上疊置著一件白釉碗與一件醬釉罐，分別象徵著「魚頭」與「魚眼」。墓室北端，工匠巧妙地利用碎磚拼湊出栩栩如生的「魚尾」形態，其分叉結構清晰可見，仿佛一條真正的魚在靜謐中輕輕遊弋。墓室頂部每兩塊青磚交叉斜置呈「V」形，用以封閉墓口。考古人員根據兩件隨葬器物初步判斷，魚形墓年代為南宋(1127—1279年)或金(1115—1234年)。 第二座魚形墓是在2023年由徐州博物館、宿遷市博物館聯合考古隊在宿遷學院新校區建設地塊內發現的。這座魚形墓位於第一座魚形墓西北方向約5公裡處。墓室長2.4米，最寬處位於中部，寬1米。墓室由4層青磚順鋪，錯縫疊砌，不像第一座魚形墓有明顯的魚體柔美弧度。僅在象徵「魚眼」之處，置有一件白釉瓷碗。「魚頭」位於青磚之下，尚疊壓著帶系灰陶罐與白釉瓷碗各一件。 宿遷市博物館陳列部主任伍蘇明介紹說，此種造型的墓葬在全國都極為罕見，砌築成魚形狀的設計，反映了魚在中國文化中象徵著財富、吉祥與和諧的寓意。 據伍蘇明介紹，墓葬中出現「魚元素」可追溯至新石器時代，並在此後以各種形式存在於墓葬中。此外，佛教在東晉南北朝時期迎來較大發展，與此同時魚紋飾與佛教融合，以新的表現形式出現在墓葬中。 伍蘇明介紹說，宿遷發現的兩座魚形墓年代推斷為南宋或金代。這一時期墓葬中魚的形象，以及與魚有密切聯繫的摩羯形象多流行於北方，故推斷兩座魚形墓應是北方草原文化影響下的產物。
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