一系列產品取得突破，國產作業系統離好用還遠嗎
2025-12-03 17:34 5,681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)
烏魯木齊8月5日電 (史玉江 王曉燕)近日，新疆農業科學院研究員張宏芝蹲在田埂邊，指尖划過「核春3號」的麥穗，抬頭對身邊的技術員說：「這品種株型緊湊，抗病性強，按現在的長勢，畝產上800公斤有戲。」 這片麥田，正是新疆生產建設兵團第十三師新星市優質特色糧食作物創新中心的核心區。 專家查看「核春1號」高產小麥品種長勢。王曉燕 攝 如今，以該中心為先鋒，聯合中國農業科學院棉花研究所(下稱「中棉所」)在紅星二場建成的優質抗逆經濟作物科創中心，讓「政產學研」深度融合。 「今年百畝試驗田種了633個品種，僅小麥就有112個，千畝示範區試種了7個品種。」紅山農場四連負責人姜順旺介紹，第十三師新星市優質特色糧食作物創新中心聯合第十三師農科所、青島農業大學等單位，聚焦黑小麥、硬粒小麥等特色糧食育種與高產技術。 紅山農場提供的140畝試驗田成「品種擂臺」。目前，第十三師新星市優質特色糧食作物創新中心已對接相關種業公司開展春小麥萬畝良種繁育，抗逆高產品種累計推廣10萬畝。 位於紅星二場的優質抗逆經濟作物科創中心，依託中棉所優勢，聚焦棉花抗鹽鹼、耐旱品種選育，已培育3個抗逆棉花新品系。 「鹽鹼地試種畝產突破350公斤。」中棉所研究員葉武威表示，這為乾旱鹽鹼地區種棉闢新徑。 「兩中心雖分別側重糧食、棉花，但目標一致：讓技術落地，讓職工受益。」第十三師農科所副所長管利軍說。 「培育一個品種需10年以上，推廣好同樣要下功夫。」張宏芝說，其團隊帶來的「核春1號」「核春3號」等品種目標畝產800公斤以上，還需摸索水肥一體化、化學調控防倒伏等本地適配技術。 張宏芝團隊與第十三師農科所技術員常開「田間研討會」。管利軍說，下一步要將數據轉化為職工們易懂的種植方案。 「以前推廣新品種，大家總說『先看看』，現在見了試驗田收成，都主動來要種子。這就是技術落地的最好證明。」新疆農墾科學院研究員徐紅軍表示。(完)
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