中國生態環境部：加強汛期水環境監管
2025-10-29 17:13 1,612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)
近期，在國新辦召開的新聞發布會上，有關部門負責人介紹「十四五」時期經濟社會發展成就時，一大批大國重器被重點介紹。例如，第一艘國產電磁彈射航母福建艦下水、第一艘國產大型郵輪「愛達·魔都號」建成運營、第一艘規模最大LNG(液化天然氣)運輸船交付使用、全球首座第四代核電站投入商業運行、首座中國空間站「天宮」全面建成運營、「嫦娥六號」實現全球首次月球背面無人採樣返回、首架國產大飛機C919實現商業飛行，等等，令人振奮。 一個國家的科技創新能力和綜合國力，往往在大國重器中得到集中體現。大國重器，是指擁有高度自主智慧財產權、具有戰略意義的核心裝備或重大工程，是一國現代製造業綜合實力的代表作。以大國重器、大國工程為代表的自主創新能力，關乎一個國家的強盛之基和安全之要，是我們發展新質生產力、推進中國式現代化的重要驅動力。 黨的十八大以來，以習近平同志為核心的黨中央始終堅持把創新作為引領發展的第一動力，把科技創新擺在國家發展全局的核心位置。一個個國之重器、一項項重點工程不斷亮相，見證了中國從製造大國向製造強國的躍升，成為科技強國建設的生動註腳。我們看到，我國高鐵技術從引進、消化、吸收到自主創新，實現了從無到有、從追趕到引領的跨越，中國高鐵不僅在國內形成了龐大的高速鐵路網絡，還走向了國際市場，成為「中國速度」的象徵。5G技術的快速發展不僅推動了通信行業的變革，還為物聯網、智能交通、工業網際網路等新興領域的發展提供了強大的技術支撐，背後是中國科研人員的長期投入和創新突破。這些都彰顯出中國堅持創新驅動發展戰略的重大突破，離不開中國科研創新能力的厚積薄發。 當今世界，大國重器的研製和突破往往需要巨大的資源投入、長期的技術積累和高效的組織協調。這些成就的取得，不僅是科技實力的彰顯，更是社會主義制度集中力量辦大事優越性的生動體現。通過科學的決策機制和高效的組織實施，可以有效整合各方資源，形成強大的合力，確保重大項目的順利推進和成功實施。因此，為了實現大國重器的持續突破和高質量發展，必須不斷推動國家創新體系的建立和完善。其中，基礎研究是科技創新的源頭，是大國重器發展的基石。國家應加大對基礎研究的投入，支持高校和科研機構開展前沿性、基礎性研究。例如，我國在量子計算、基因編輯等前沿領域的研究，為未來的高科技產業奠定了基礎。加強基礎研究，能夠為大國重器的研製提供理論支持和技術儲備。通過政策引導，鼓勵企業、高校和科研機構之間開展合作，形成產學研用相結合的創新體系。 在國家創新體系中，大國重器不僅是一個產品、一臺裝備、一個工程那麼簡單，它往往在整個產業體系中起到龍頭作用，一個大國重器的成敗往往與上下遊無數個產業興衰直接相關。例如，高檔數控工具機就離不開液壓、氣動、軸承、密封、模具、刀具、電子器件、儀器儀表及自動控制系統等重要的機械、電子基礎件。機器人則離不開減速器、伺服電機、控制器、傳感器與驅動器等關鍵零部件。所以，大國重器必然會帶動無數專精特新企業的發展。在這裡，科學原理重要，需要科學家和工程師聯合攻關；訣竅、絕活、配方等隱性知識同樣重要，也需要一大批具有豐富經驗和工匠精神的產業工人隊伍。只有集聚各種人才，反覆切磋、反覆實踐，才能有大國重器的精品不斷湧現。 展望未來，大國重器的全球競爭不是一蹴而就的事情，但只要我們在基礎研究、技術創新、質量管理、可靠性控制、全生命周期服務、人才培養、工匠精神等方面持續精進，打造富有活力的創新生態體系，中國的大國重器必將走出國門，帶動實現中國製造向中國創造的轉變，中國品牌向世界品牌的轉變，製造大國向製造強國的轉變，為全球科技進步貢獻更多的中國智慧、中國力量。 (作者：吳金希，系清華大學社會科學學院長聘教授、戰略新興產業研究中心主任) 《光明日報》( 2025年08月05日 02版)
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