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2025-10-24 12:07 8,128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)
衢州8月10日電 (記者 陳溯 左宇坤 吳君毅)在浙江衢州常山路裡坑村的山上，有一座高几十米的「麵包窯爐」，這裡烤制的麵包香氣撲鼻、鬆軟可口，每到節假日就有不少遊客前來品嘗打卡。事實上，這座「麵包爐」曾是一個石灰窯。如今，路裡坑村立足特色資源稟賦，將閒置資源變廢為寶，讓村民們吃上了生態飯。 浙江衢州常山路裡坑村曾經的「石灰窯」如今變身「麵包爐」。記者 陳溯 攝 8月的一個早晨，在路裡坑村「羊棚咖啡」工作的村嫂曾美君調製出了一杯柚香咖啡，曾美君今年50歲，是土生土長的路裡坑村人。回憶起曾經的家鄉，她用「漫天的灰塵」形容，「以前村子裡到處都是灰濛濛的，家家戶戶都燒石灰，環境汙染嚴重」。 20世紀90年代，路裡坑村是遠近聞名的「石灰村」，三衢山腳下，100餘座石灰窯晝夜不停地燒制石灰，石灰產業也曾是當地的支柱產業。 2000年前後，響應國家環保號召，村子的石灰窯陸續關停，石灰窯的關停，讓整座村子陷入沉寂，年輕人陸續出走他鄉，只留下荒廢的礦坑和孤獨的老人。 近年來，在「綠水青山就是金山銀山」理念指引下，沉寂的村莊開始迎來生機。 常山縣輝埠鎮路裡坑村黨支部書記、主任劉志亮向記者表示，2021年，路裡坑村和文旅企業共同組建鄉村運營團隊，依託自身資源打造了一系列文旅融合項目。 記者看到，沿著路裡坑村600餘米的道路上山，曾經的羊棚變成了羊棚咖啡館，荒廢的石灰窯變成了麵包窯、窯書房，閒置農房變成精品民宿和餐飲店，曾經荒蕪的老礦坑也華麗轉身，變成「瀑布泳池」和「礦坑營地」。 8月10日，常山縣路裡坑村「瀑布泳池」。記者 陳溯 攝 劉志亮回憶道，剛開始在網上推廣項目時，有些網友並不看好這裡的發展，認為這裡太荒涼、不會有人來，「當時這些評論讓我們壓力很大，不過出乎意料的是，項目啟動後受到很大歡迎，不少年輕人到此打卡遊覽，感受路裡坑村美麗的環境和工業遺址文化。」 統計顯示，2024年以來，路裡坑村各業態共吸引遊客15餘萬人次，帶動150餘名村民實現家門口就業，促進村集體增收達600餘萬元。 曾經荒涼的鄉村在特色產業的加持下重新煥發生機，更多人開始回鄉就業創業。 「我以前在青海開店，疫情後路裡坑村引入了很多新業態，所以我就選擇回鄉就業。」曾美君說，現在村裡環境好了，發展機會更多了，回到家鄉可以一邊做自己喜歡的事一邊照顧家人。 浙江衢州常山路裡坑村，原來的礦坑變成了如今頗受歡迎的「巖洞自然餐廳」。記者 陳溯 攝 從無人問津到自帶流量，路裡坑村的轉型之路離不開「特色+文化」。 作為路裡坑村的開發者和返鄉創業者，畢業於中國美院的常山人餘家富向記者談了鄉村產業發展的感悟，「每個鄉村都有自己的一些在地文化屬性，還有一些產業特色，路裡坑村原先是一個礦坑，也有石灰窯，我們就基於這種特色發展新業態，讓遊客體驗『入坑文化』。目前國內村莊發展業態同質化比較嚴重，通過在地的文旅融合，鄉村產業發展才會有持續的生命力。」(完)
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