中國科學院西雙版納熱帶植物園探尋雨林奇妙夜
2025-12-05 15:19 4,637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)
作為臨港新片區最早的產業園區雛形，臨港城投大廈建成近二十年來，始終隨著新片區的發展而不斷調整步伐，眼下，其與滴水湖環湖一帶的數字大廈、智慧財產權大廈共同組成了12萬平方米的「數創雲灣」，聚焦智能晶片、汽車電子、自動駕駛、大數據服務等產業，致力於打造新片區年輕人創新創業的活力高地。從環湖第一座樓宇到一園多基地，從金融服務到數字經濟，「數創雲灣」園區不斷探索創新，吸引海蘭雲、後摩智能、睿賽德、均聯智及、臨數文化、班臺文化以及算法創新研究院等數十家企業及研究院落地，形成產業集聚磁場，以「向新」「向上」的發展勢頭助力滴水湖畔加快形成新質生產力。「2023年轉型發展以來，數字經濟核心產業企業增長率超30%。」臨港投控集團招商負責人郭江平見證了園區轉型蝶變。「基金撬動+平臺支撐+生態滋養」的創新發展生態，成為「數創雲灣」吸引數字經濟企業紛至沓來的重要因素。據介紹，園區建設運營主體臨港投控集團設立了煥新等專業產業基金，以資本為活水，園區企業睿賽德科技自主研發的RT-Thread作業系統填補了國內空白，在汽車電子、工業控制等領域實現規模化應用，成為全市數位化轉型標杆案例。同時，園區持續深化「三鏈融合」服務矩陣，人才企業年金服務平臺、新片區智慧財產權保護中心、臨港新片區股權投資綜合服務平臺為企業提供全方位服務。睿賽德科技創始人熊譜翔表示，「臨港的服務既有溫度更有精度，為我們提供了精準的金融服務和智慧財產權服務，讓我們可以心無旁騖搞研發。」產業集聚帶來規模效應也逐漸釋放。今年5月，「數創雲灣」迎來了臨港第一批8位「數字遊民」，共同打造年輕的城。 敞開懷抱歡迎青年創客，臨港投控集團在「數創雲灣」為他們量身打造「創客之家」，提供辦公與社區共建空間，助力青年創客實現從靈感迸發到項目孵化的全過程轉化。目前，BTU數字遊民社區已正式入駐，並發起「七日主理人」共建計劃，他們正在園區內逐步展開實踐探索，激發城市共創活力，為數字經濟注入青年能量。
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