生物技術深度融合人工智慧 中國研發世界首臺智能育種機器人
2025-11-02 05:19 6,769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)
8月9日晚，「何以中國·和合共生」網絡主題宣傳活動將在天津舉辦，一場探尋中華文化根脈、展現文明交流互鑑魅力的文化盛宴拉開帷幕。津門講「和合」，文明映中國。本次活動將以海河之畔為窗，以津門煙火為笛，向世界展現舊邦新命的文明圖景，為世人演奏激蕩共鳴的文明交響。這是天津的樣子，是眾多中國城市的樣子，更是新時代「文明中國」的樣子。 從「協和萬邦」的格局，到「胡漢一家」的氣度；從敦煌壁畫裡的異域元素，到鄭和船隊架起東西方交流的海上橋梁，「和合共生」深植於中華文明的文化基因與氣質稟賦。天津，這座因河而興、向海而盛的城市，正是這一理念在神州大地落地生根、生生不息的生動縮影——無論是開埠通商成為中外文化交流前沿陣地，還是在現代化進程中不斷吸納融合多元文化，天津始終以海納百川的胸懷擁抱世界，熔鑄成今天獨特的城市氣韻。 「古今和合」展現守正創新的中國。我們看到，泥人張彩塑、楊柳青年畫內容更新、手法創新、傳播煥新，不僅吸引年輕人加入創作，也化身數字藏品飛入雲端；津門法鼓敲出新鼓點、天津相聲抖出「新包袱」，從天津走向全國，從歷史走向未來；在修復後的梁啓超故居，62件新展出的老物件通過數位技術「復活」，吸引無數遊客前往「打卡」……傳統與現代撞個滿懷，歷史與未來交相輝映，以舊墨書寫時代新韻，以深根滋養歲月新花，生生不息的天津，為中華文明綿延不絕的永續篇章寫下註腳。 「人城和合」展現幸福美好的中國。天津的街頭巷尾，既有歷史名城的厚重底蘊，也有現代都市的繁華舒適。在這裡，古老的建築、街道成為城市記憶的載體，海河兩岸的光影演繹著絢爛與華麗；在這裡，雙層觀光巴士變身「移動相聲劇場」，無數文化場館向觀眾免費敞開大門；在這裡，生態優良、環境整潔，令人心曠神怡，助力宜居宜業……夜色在海河親水平臺蔓延開來，漫步的遊客、跳舞的市民、吹奏的藝人等，勾勒出生活的輪廓，描摹出人、城、水共生的和諧畫面，這是「天人合一」的「城市篇」，也是中國式現代化文化長卷的「生活篇」。 「中外和合」展現開放包容的中國。天津港巨輪如梭，「搭乘」著海風與洋流，在此交匯融合。作為2025年上合組織峰會的主辦城市，天津正以更加開放的姿態走向世界。看天津，魯班工坊裡中外學生一起研究榫卯技藝，來自俄羅斯的年輕人學習楊柳青年畫；看國外，霍元甲的武術吸粉無數，孟廣祿的京劇唱腔大放異彩，天津的文化符號，早已跨越城界、跨越國界，成為世界了解中國、愛上中國的窗口。在文化的交流融合中，天津增進了與世界各國人民的友誼，也為推動構建人類命運共同體貢獻了文化力量。 海河之水，不舍晝夜，既倒映著三岔河口的歷史煙雲，更奔湧向遼闊大海的月異日新。天津恰如這河海交匯處的一顆明珠，以「和合共生」的實踐，為「何以中國」這一宏大命題提供了具體而微的「參考答案」。中華文明的生命力，就蘊藏在這「萬物並育而不相害，道並行而不相悖」的智慧裡。當傳統文化與現代發展、中華文明與國際新機在這座城市交響和鳴，我們聽見的不僅是海河的澎湃，更是中華文明面向未來的壯闊濤聲——這條蜿蜒五千餘年的「長河」，正以「和合之力」，奔湧不息。(呂品) 來源：未來網
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