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2025-11-08 23:04 4,928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)
中方積極助力南非提升職業教育水平 「為南非製造業人才培養提供支撐」 「看！『冰墩墩』！」來自南非莫帕尼職業技術學院的青年教師穆卡瓦殊向記者展示她的作品，「雖然還不完美，但它是我用數控工具機實訓課學到的技能設計製作的，是獨一無二的。」近日，穆卡瓦殊和其他十幾名學員在南非英德拉技術測試中心度過了充實的一周。在中國老師的指導下，他們在數控工具機實訓課上完成了從三維建模到工件加工的全流程學習和操作。 穆卡瓦殊製作的「冰墩墩」通體銀白，形象生動，拿在手裡沉甸甸的。她說，作品背後是編程、建模、數據及機械校準、工具機操控等一系列工序。「這樣理論和實踐相結合的課程是我們特別需要的，我要把學到的技能帶給我的學生們。」穆卡瓦殊表示。 穆卡瓦殊參加的南非職業技術學院教師數控加工技能培訓項目於2024年3月啟動，由南非高等教育與培訓部聯合南非中國文化和國際教育交流中心、杭州科技職業技術學院、浙江工貿職業技術學院共同實施，吸引了南非多地10所院校的上百名教師參與。項目通過引進中國數控工具機、選派中國職教老師赴南非現場教學等方式，助力南非提升職業教育教學水平。 35歲的曼乎伯來自南非新堡市馬朱巴職業技術學院，在數控工具機實訓大廳，他和幾名學員跟著中國老師完成了數控工具機檢查。「我們每隔一周就會來這裡學習，共學習9周。」曼乎伯對記者說，「中國老師的教學方案很棒，用生動的語言講授數控技術知識。課程設置也很豐富，包括理論講解和實際操作，每次結課前還會組織學員們一起討論，我們的實操水平提升得很快。」 南非高等教育與培訓部工業與製造業培訓署署長莫克戈特桑表示，數控工具機技術是國家工業化發展的基礎，中國在這一領域擁有豐富的經驗和先進的技術。「相信在中方相關院校及機構的幫助下，南非職業院校教師的數控技能將得到顯著提高，他們將為南非製造業人才培養提供支撐。」莫克戈特桑說。 南非政府高度重視職業教育，提出到2030年職業技術類學院在校人數達到250萬的目標。中方與南非在多平臺、多領域積極展開職業教育合作。來自杭州科技職業技術學院的李嘉寧已連續兩年赴南非擔任數控工具機培訓項目主講教師。他表示，學員們學習熱情很高，學習能力較強。在南非中國文化和國際教育交流中心主任陸志雷看來，中南職業教育合作已成為兩國務實合作的一大亮點。 數字經濟、綠色能源是南非未來發展的重點方向，相關領域的人才培養也成為中南職教合作的重要內容。近5年來，中企與南非多所院校聯合開展大數據、電子商務、人工智慧及雲計算等專業人才培養，培訓規模超過1500人次。依託中企在南非承建及運維的風電、光伏等基建項目，中南建立職教領域校企合作機制，不少中企提前「預訂」南非職業院校的學生，通過項目實習及派遣赴華進修等形式持續培養南非技術人才。 南非高等教育與培訓部副總司長薩姆爾·尊古曾赴中國多地考察，他表示，中國職業教育的發展成就令人讚嘆，南非與中國的職業教育合作擁有廣闊前景。 (本報約翰尼斯堡電) 人民日報 本報記者 鄒 松
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