【新思想引領新徵程】數字鄉村建設助力農業農村現代化
2025-11-10 08:45 2,854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)
清晨7點的曹楊職校中點實訓室裡，面點教師史祥忠已經開始了一天的訓練。揉面、拉抻、塑形……動作行雲流水，一氣呵成。這位2001年出生的年輕教師，不久前剛剛斬獲上海市第二屆職業技能大賽中式面點項目金獎，即將代表上海出徵第三屆全國職業技能大賽。「高中時選擇了學習烹飪，沒想到這條路越走越寬。」史祥忠回憶起自己的職業起點，眼中閃爍著光彩。在南京求學期間，他憑藉過硬的技能在大賽中脫穎而出，不僅獲得保送本科的機會，更成為學生們津津樂道的榜樣。「普陀區技能學習的氛圍挺好的。」如今，這位曾經的技能大賽受益者，在曹楊職校開始了他的教師生涯。在史祥忠眼中，面點製作經歷了「技術—藝術—文化」的三重認知躍遷。他不僅精研傳統技藝，更將普陀本地文化元素融入創作。「比如悅來芳的翻毛月餅工藝，我就將其運用到了油酥作品中，它們工藝上有很多相似的地方，我想用傳統非遺技藝重新演繹新中式面點的製作方法。」史祥忠作品這種創新精神也體現在他的教學中。「傳統優秀的技藝我們要保持，很多創新其實是在傳統基礎上的升級。」史祥忠經常在課堂上演示傳統作品，同時鼓勵學生參加各類比賽，拓展行業視野。「教學與比賽是相互成就的。」作為專業教師，史祥忠正在積極打造曹楊職校烹飪專業的人才梯隊。他帶學生參與備賽過程，分享實戰經驗，將行業最新動態引入課堂。「面對AI和機械化的衝擊，我們必須培養學生的核心競爭力。」在他看來，未來的技能人才不僅要會動手，更要懂營養配餐、健康飲食等理論知識。今年，史祥忠將迎來職業生涯的重要挑戰——代表上海市參加第三屆全國職業技能大賽。與以往不同，本屆國賽中式面點項目從原來的3個擴展到8個，新增龍鬚麵、發酵麵團象形麵點、麵塑等品類，考核內容更加全面，向選手提出了全新挑戰。「看到比賽文件時確實感到壓力不小，但轉念一想，這不正是提升自己的好機會嗎？」史祥忠坦言，像龍鬚麵等北方選手擅長的項目，對南方選手來說是個不小的挑戰。但很快他就調整好心態：「量變引起質變，這正是突破自我的好機會。」為此，他制定了嚴苛的訓練計劃：每天清晨7點到校，晚上11點離開，中間只有短暫休息。十分考驗臂力的龍鬚麵項目，別人通常需要兩個月掌握，他硬是通過高強度訓練在半個月內攻克。區人社局表示：「我們特別注重像史祥忠這樣的技能人才的培養，他們既能站在學生的角度改進教學方式、提高教學質量，又能以教師身份通過校企合作、各級競賽、行業交流等，不斷提高自身技能水平，相輔相成，為學校育人，推動行業技能人才隊伍不斷強化。」為了激勵更多青年、勞動者在技能賽道上越走越通暢，普陀區出臺了《關於進一步加強普陀區技能人才隊伍建設的實施辦法》，從「培訓-評價-獲證-選拔-發展」給予技能人才成長成才全方位的支持。展望未來，史祥忠目標明確：「首先提升自己的課程教學能力，同時多接觸行業比賽和發展。」在普陀區這片技能人才沃土上，像史祥忠這樣的技能新秀正在茁壯成長。他們用匠心傳承技藝，用創新點亮未來，用實際行動詮釋著「技能報國」的深刻內涵。正如史祥忠對學生的寄語：堅持下去，路會越走越寬。
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