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2025-10-25 06:00 8,924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)
剛果(金)首都金夏沙，這座擁有超千萬人口的中非大都市，長期被交通擁堵的「城市病」困擾。如今，一條串聯城鄉的環線公路正在改變這一切——作為中剛「一攬子」合作重點基建項目，金夏沙環線公路在緩解城市交通壓力的同時，如「毛細血管」般為當地經濟社會發展輸送鮮活動力。 「金夏沙環線公路的誕生，源於政府對民生痛點的關注。」剛果(金)道路和排水管理局工程師米阿伊薩·埃馬紐埃爾接受採訪時表示，「如今的金夏沙市面臨著嚴重的交通擁堵，這個項目將緩解擁堵問題，為金夏沙市帶來更好的交通體驗。」 作為中剛「一攬子」合作框架下的重點基建項目，金夏沙環線公路全長約73公裡，分為西南環線與東南環線兩段推進，串聯起金夏沙市區與周邊姆富蒂、盧當德裡等多個村鎮。2024年6月22日，剛果(金)總統齊塞克迪登上裝載機，為項目正式奠基。項目啟動以來，負責施工的中方企業堅持「解民生之困、促區域聯動」，穩步推進項目建設。 項目總承包方中剛基礎設施建設股份有限公司總經理龐龍說，「交通擁堵給這座城市的生產生活帶來諸多不便。此項目完成後，將通過構建完整環形交通骨架，達到平衡車流、疏通脈絡的目的。」 金夏沙環線公路項目K13-K19段瀝青鋪設正緊張進行。黝黑平整的瀝青路面向前延展，兩側是漸次鋪展的綠化帶，成為當地一道新風景。「從材料到工藝，我們始終以嚴苛標準把控每一個環節，在保障項目高效推進的同時，讓施工質量經得起檢驗。」承建企業中鐵八局金夏沙項目部負責人張劍波表示，為當地打造一條平整耐用、適配當地氣候特性、真正經得起時間考驗的高品質環線公路，是整個中方建設團隊的願望。 「以前這裡路不好，我上學總是髒兮兮的，因為泥巴會弄髒我的鞋子。但自從修了這條路，我上學的時間變短了，到學校時也能幹乾淨淨的。」當地一所學校的孩子說起新路帶來的變化，眼睛裡閃著光。該校校長表示：「目前，學校只有七間教室。學校有300名小學生和250名中學生，教室一直不夠用。中鐵八局在環線公路項目建設的同時，也在助力學校校舍建設。這將極大提升學校的教學環境，老師和學生們都覺得這是一件幸福的事！」 「路所至，發展即來。」這是前任剛果(金)國務部長兼基礎設施和公共工程部部長亞歷克西斯·吉薩羅·穆文伊最常說的話。他表示，剛中在基建領域的多項合作有利於加強剛果(金)公路互聯互通，為剛果(金)人民創造機遇。 夕陽西下，金夏沙環線公路在暮色中舒展延伸，車燈與沿線村鎮的燈火交相輝映。這條由中剛兩國建設者共同修築的道路，正以堅實的路基承載起發展的希望，不斷續寫著「共商共建共享」的合作故事。
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