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2025-10-28 13:40 6,351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)
上海歌劇院《復興的大地——獻給新時代的交響詩》正在排練，這部作品曾作為第38屆上海之春國際音樂節的開幕演出首演，8月15日將二度亮相U12劇場，在浦江唱響。排練廳裡，主創反覆推敲，通過音、詩、畫、歌、誦等豐富的表演形式，禮讚新時代，展現上海的城市精神和城市品格。《復興的大地》特邀詩人趙麗宏擔綱詩詞創作，由武漢音樂學院作曲系主任趙曦、上海音樂學院教授劉灝與上海歌劇院院長許忠共同譜曲。在序章《春天，請在我們中國落戶》之後，《大地的夢想》《水珠與湖泊》《開路之歌》《希望的鐘聲》《大港抒情》《浦江新夢》《心花盛開》《嚮往大海》八個樂章鋪陳出一幅「春暖大地、盛世花開」的時代長卷，生動唱響上海勇當改革開放排頭兵、創新發展先行者的雄心壯志與堅定信念。 許忠和趙麗宏許忠說：「《復興的大地》修改打磨再度上演，希望以如椽的藝術之筆，展現上海排頭兵的姿態與先行者的擔當。以優美的音樂、鏗鏘的演唱、激情的朗誦，抒發實現偉大復興夢想的道路上的深切情感。」排練廳內，序章《春天，請在我們中國落戶》的三十行詩樂，在藝術家們的靈感碰撞中娓娓道來。許忠說，趙麗宏創作的《春天，請在我們中國落戶》是一首超越時間、極具生命力的精彩詩作，總能讓人讀出面對困難的堅韌樂觀與創造美好的期望與信念。幾個月前，許忠拜訪趙麗宏，在他的書房裡感受他的藝術人生，獲得靈感的火花。他為這段序章全新創作了鋼琴版音樂並將現場演奏，趙麗宏將與朗誦藝術家方舟共同朗誦這段名篇。「相信新一版呈現，無論音樂還是詞文，都會有更鮮活生動的藝術表達，讓觀眾們真切感受到上海這座城市日新月異的生機與魅力，激發出源自內心、對這片土地深沉的愛。」 方舟與趙麗宏趙麗宏告訴記者，《春天，請在我們中國落戶》創作於1979年，他還在上大學。現在回頭看這首詩，仍覺得真實地寫出了一個年輕人在改革開放初期的心情。「許忠院長為音樂注入了靈魂，聽到鋼琴聲響，再聽到方舟的朗讀，我非常感動。我是上海人，在這裡出生，在這裡長大，是幾十年城市變化的見證者，對城市有著濃厚的感情，我的生命記憶也跟這片土地連在一起。」《復興的大地》導演、上海歌劇院副院長黃景譽介紹，這部作品入選文旅部2022-2023年度「時代交響」創作扶持計劃，獲評「上海文藝創作優品」獎項。「我將與主創主演們一起對多媒體影像、樂章間的調度等各個細節重新構思，讓這部謳歌新時代的作品走進更多劇場和場域，走到更多人民大眾中去。」
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