甘肅榆中山洪安置點的重生與希望
2025-11-11 23:53 5,123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)
盛夏時節，內蒙古赤峰市喀喇沁旗馬鞍山村綠意盎然，一串串山葡萄綴滿枝頭，村民張國利和妻子趙國俠正忙著田間管護。「像這棵秧能結10斤左右山葡萄，一畝地能收約3000斤、賣6000元左右。」張國利說。 張國利為葡萄藤疏除過密枝條(央廣網記者 李春雪 攝) 2019年7月15日，習近平總書記來到馬鞍山村考察，在張國利家的小院裡和基層幹部群眾代表促膝談心。總書記指出，產業是發展的根基，產業興旺，鄉親們收入才能穩定增長。要堅持因地制宜、因村施策，宜種則種、宜養則養、宜林則林，把產業發展落到促進農民增收上來。 馬鞍山村地處北緯41度，晝夜溫差大，光照時間長，土壤有機質豐富，村民因地制宜，長期種植釀酒用的山葡萄，但前些年，受限於分散種植、規模較小，鄉親們的收益並不穩定。近年來，馬鞍山村成立山葡萄專業合作社，引進酒企在當地建酒莊，暢通山葡萄銷路，建立「種植+收購+加工」的產業鏈條。 「現在，馬鞍山村超過一半的村民種植山葡萄。每到豐收季，酒莊就來統一收購。2019年，我們還在馬鞍山村投資3.5億元建設度假酒店，打造集婚禮會議、親子旅遊、戶外拓展於一體的綜合文旅項目，助推當地旅遊業發展。」當地一酒莊負責人許鑫陽說。 「總書記來的時候，我家還是土灶老屋。這幾年，通過種植山葡萄、參與文旅講解等，家裡收入增加了，重新裝修了房子，買了電動代步車，添了新丁。村裡路拓寬了，改造建設了民宿一條街。馬鞍山村變化很大，我們生活得很好、很幸福。」7月中旬，張國利對記者說。 村民在馬鞍山林場林下經濟試驗示範基地採摘木耳(央廣網發 劉德胤 攝) 靠山吃山、靠水吃水，馬鞍山村還利用周邊的馬鞍山林場資源，增加村民就業渠道。眼下，林場的林下經濟試驗示範基地內新一茬木耳已成熟，這些木耳經村民採摘後被迅速分裝，運往周邊加工廠，最終銷往全國各地。 「2022年，我們建設了100畝林下經濟試驗示範基地，種植木耳、赤芍等經濟作物。」馬鞍山林場場長羅智中說，今年林場又與赤峰市林研所合作打造百餘畝示範基地，進一步豐富當地「菜籃子」，帶動周邊村民持續增收，也為遊客提供更多體驗式採摘場景。 遊客在馬鞍山村打卡留念(央廣網發 朱建華 攝) 種植山葡萄、發展林下經濟、打造花海觀光點、開設民宿……立足當地自然條件和區位優勢，近年來，馬鞍山村逐步探索出了一條「生態立村、產業富村、旅遊強村」的發展新路子。 「旅遊旺季時，村民們就把自己家的土特產、根雕等拿出來售賣，受到遊客喜愛。村裡的生態好了，產業興了，村民的腰包也鼓了，2024年村民人均可支配收入較2019年翻了一番，日子一天比一天有奔頭。」馬鞍山村駐村第一書記烏曉亮說。 總監製：駱紅秉 總策劃：張軍 於鋒 監製：伍剛 宮歆慧 蔡榮波 統籌：陶玉德 策劃：田鳳元 卜葉 採制：魏全民 李春雪 劉曉祺 鳴謝：赤峰市喀喇沁旗委宣傳部
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