【新思想引領新徵程】數字鄉村建設助力農業農村現代化
2025-10-26 12:42 6,386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)
杭州8月5日電 (記者 陳溯)每年節電收益約10萬元、每年發電收益158萬元……在杭州市臨平經濟技術開發區，一座產業園已在綠色低碳發展中獲得實實在在的經濟收益。 繭SPACE產業園位於杭州市臨平經濟技術開發區紅豐路502號，是一個聚集生物醫藥、配電裝備製造、商業辦公等多業態的產業園區，聚集企業17家。2023年，順應我國「雙碳」目標，杭州極能科技有限公司啟動繭SPACE產業園零碳示範園項目，2024年6月建成，成為浙江首個民營低零碳產業示範園。 示範園以「替碳、降碳、固碳、易碳」的思路，布局了分布式光伏電站、光儲充一體化等微電網系統。同時，對園區樓宇暖通空調、照明等系統進行節能改造，建設了綠色低碳餐廳、廢舊材料回收系統，還自研IXMS能碳管理綜合平臺，對園區的能源生產消耗、碳排放、能效表現等進行綜合管理和可視化展示，確保光伏發電消納最大化和電站的整體效率。 繭SPACE產業園俯拍圖。(臨平經濟技術開發區供圖) 杭州極能科技有限公司董事長曹國興向記者介紹，園區樓宇內的空調經過節能技術改造，可以自定義啟停時間、設定溫度鎖死或限定上下限、按人流及溫度動態調節、傳感器觸發按需供冷照明等控制策略，避免過度供暖、製冷、照明，降低非工作時間能源浪費，不降低舒適度的同時節省電力，實際節能效率4%左右。 除了節電，園區的分布式光伏電站和光儲充工程還為企業帶來了實際的發電收益。利用園區屋頂資源，安裝光伏裝機容量2023.54kWp(千瓦峰值)，平均每年可提供約212萬kWh綠色電能。 「經實際運行和初步測算，項目建成後，經濟效益、環境效益和社會效益顯著。」曹國興說，項目節省園區3000KVA(千伏安)一次性電力增容費約100萬元，光伏年發電量212萬千瓦時，年發電收益158萬元(90%自用，電價0.785元/KWh，10%餘電上網，電價0.4153元/KWh)，節電收益約每年10萬元。與此同時，園區綠色能源佔比從0%提高到63.2%，萬元工業產值碳排放強度由建設前的0.01793噸下降到0.00736噸，下降59%。 杭州是國家首批碳達峰試點城市，近年來，杭州推進綠色低碳工業園區建設，探索試點「零碳(近零碳)園區」，開展多技術、跨領域集成場景展示，將園區、工廠配建新能源項目和開展節能改造作為評價認定零碳園區、綠色低碳工廠的重要依據。 杭州市臨平經濟技術開發區黨工委委員、管委會副主任陳嬿表示，臨平作為杭州綠色能源產業發展高地，積極打造「中國綠港」產業地標，將繭SPACE產業園列入綠色場景示範應用重點，項目先後獲得杭州市2024年度十大低碳應用場景、杭州臨平區「兩山」轉化優秀案例等榮譽稱號，項目提供了技術上可行、經濟上合理的小微零碳園區解決方案，也為各類民營產業園區零碳建設和運營打造了可複製可落地的工程樣板。(完)
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