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2025-11-24 05:38 4,736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)
嘉興8月5日電(黃彥君)「快看，那裡有綠光！」連日來，高溫持續，暑氣正濃，一場浪漫的「螢火之約」在浙江山野間接力傳遞。 「小時候，河邊草叢裡總能看到螢火蟲，忽閃忽閃，時隱時現。」聽說當地姚莊鎮金星村有螢火蟲「回歸」後，生活在嘉興市嘉善縣的章瑜特意帶孩子前來「追光」。 對於「80後」章瑜而言，盛夏夜的江南鄉間，三五夥伴相約尋找螢火蟲是最浪漫的童年回憶。然而，隨著環境變化，這份「浪漫」曾一度遠去。 螢火蟲是一種生態指示物種，被稱作「會呼吸的生態指示器」。浙江氣候溫暖溼潤、河湖眾多，生態環境適宜螢火蟲棲息。但過去幾十年裡，隨著工業化、城市化進程加快，螢火蟲棲息環境發生變化，導致其一度在多地銷聲匿跡。 嘉善縣螢火蟲「回家」的契機始於2019年。彼時，由上海青浦、江蘇吳江、浙江嘉善兩區一縣組成的長三角生態綠色一體化發展示範區成立，多項生態修復工程同步啟動，為螢火蟲生長提供生態系統保障。 經過多年努力，該縣已陸續迎回4個種類的螢火蟲，且水生、陸生和半水生種類在當地皆有分布。其中，該縣擁有的水棲類螢火蟲種類已佔全世界種類的三分之一。 螢螢之火，象徵著生物多樣性保護的「希望之光」。在「綠水青山就是金山銀山」理念指引下，螢火蟲「用翅膀投票」故事在浙江各地不斷上演。 7月7日，浙江慶元縣五大堡西洋殿景區，螢火蟲宛若「星河」。胡新強 攝 前段時間，麗水九龍國家溼地公園(以下簡稱「九龍溼地」)螢火蟲大規模再現的消息在生態攝影圈不脛而走，林間小徑、湖畔草叢中，成千上萬的螢火蟲在溼地間飛舞，點點螢光如繁星墜落。 麗水與螢火蟲，亦歷經一場「重逢之約」。 2022年，麗水遭遇極端高溫乾旱，九龍溼地螢火蟲種群數量驟減，部分區域每百平方米僅剩一兩隻。為修復螢火蟲棲息地，該地於2023年臨時關閉賞螢區，對九龍溼地周邊環境進行綜合整治。 經歷「閉關」後，九龍溼地螢火蟲種群恢復情況良好，已於2024年重啟賞螢活動。2025年，該處還通過雲計算、物聯網等構建「智慧大腦」，對溼地生態進行智能化、精細化管理。 生態美景催熱一年一度「螢火經濟」，帶動周邊農家樂、住宿餐飲等業態增收。 如今，每至「螢火季」，九龍溼地附近的農家小院、露營基地總是「一房難求」。來自長三角各地的遊客在此遊玩、吃飯、聊天，等待夜幕降臨共赴「星河」。 「螢火蟲不會說謊！有螢火蟲的地方生態環境優越，剛好適合『吸氧』。」入夏以來，在湖州德清莫幹山風景區，鮑紅女經營的民宿也因螢火蟲而「出圈」。 2015年，鮑紅女在民宿附近的水杉林中發現了幾隻螢火蟲，產生了打造螢火蟲基地的想法。此後，她著手邀請專家調研、復育螢火蟲，耗時三年使水杉林中流螢成群，為莫幹山旅遊增添一張生態名片。 近兩年，在其努力下，該處螢火蟲生態探索、夏日螢火蟲夜集等文化活動相繼落地，螢火蟲基地每年遊客量超3萬人次，有效帶動周邊土特產銷售、村民就業增收。 來去之間，螢火蟲在浙江的棲息變遷，恰是該省推動經濟發展與生態保護協同共進的一個縮影。點點螢火匯聚，生態之光照亮可持續發展之路，也讓「綠水青山」的饋贈惠及更多民眾。(完)
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