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)
在希臘北部色雷斯,風從愛琴海吹來,穿過山脊。入夜時分,希臘每330盞燈中,就有一盞由這股風點亮。 由中國企業主導的風電項目,已在色雷斯建成四座風電場。年均發電量可覆蓋3萬餘戶家庭,減少的碳排放,相當於種下了36萬棵樹。 這只是中歐綠色合作的一個縮影。 還有更多類似項目正在歐洲大陸鋪開——從南歐的光伏矩陣,到北歐港口的環保運輸船,再到中歐班列沿線的綠色中轉站,中歐能源合作已遍布能源、交通、製造等領域,不受「脫鉤斷鏈」雜音幹擾,越來越多的務實探索正在展開。 資料圖:葡萄牙的一座太陽能發電場。 這種合作的價值,體現在多個維度。 首先是技術共進與互補創新。 中國是全球最大的清潔能源設備製造國,具備完整的產業體系和供應鏈協同能力;歐洲則在可再生能源研發、標準制定等方面領先全球。中歐在不同領域各展所長,共享技術進步。 在法國南部的卡達拉舍,中核牽頭組建中法企業聯合體,承擔「人造太陽」國際熱核聚變實驗堆(ITER)的組裝起吊任務。在葡萄牙市場,約85%的太陽能電池板來自中國,並獲得本地頂級質量認證。工程、標準、質量,在現實中一步步打磨出合作的邊界與厚度。 今年4月,中歐雙方籤署《綠色科技合作備忘錄》,三年內計劃在氫能、儲能、碳捕集等六大領域共同投資150億歐元,打造全球最大的跨國綠色技術研發聯盟,預示將勾勒出一張長期合作的網絡圖。 雙方產業發展進程也深度耦合。 過去二十年,中歐在綠色產業鏈和供應鏈領域展開深度合作,從最初的「買賣關係」逐步延展為「共建體系」。 比亞迪選擇在匈牙利設立整車工廠、研發中心及區域總部,背後是整條新能源鏈條在當地的重組與升級。遠景科技則在西班牙參與零碳氫能產業園共建,相關成果將被用於工業、航海和航空等多個領域。 在共建模式下,綠色製造不再只是市場布局,更成為中歐工業體系的再連接,還延伸至社會層面。 烏克蘭危機爆發後,歐洲家庭能源開支大幅上升。一批來自中國的小型風機與儲能產品快速進入當地市場,解民眾燃眉之急時,也有力回擊了部分西方政客大肆炒作的所謂「中國產能過剩」和「不公平競爭」論調。 與此同時,當地對中國企業的認知在悄然變化。 在匈牙利,寧德時代、比亞迪、蔚來等企業共計提供了約3萬個就業崗位,不少項目還配套設立培訓中心或與當地高校建立合作機制。這種「軟連接」,不只是就業和技術交流,更逐步塑造著中企「共建者」的形象。 近日,中國—歐盟領導人會晤在北京舉行,雙方發表了《中歐領導人關於應對氣候變化的聯合聲明》,著眼《巴黎協定》達成10周年後的前進方向,釋放出穩固氣候合作、推動全球綠色低碳轉型的積極信號。 從共建綠色產能、共促綠色轉型,到共謀綠色治理,中歐的綠色合作,不僅關乎雙方發展,也為世界提供了實踐範式。 「歐洲的零碳夢想,需要中國的智慧。」全球可持續發展賦能倡議組織(GeSI)執行長路易斯·內維斯(Luis Neves)說。 (「三裡河」工作室)
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