武漢以五大系列活動開啟大學迎新季
2026-02-22 17:55 4,471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)
北京8月14日電 (記者 孫自法)國際學術期刊《自然》最新發表一篇健康科學論文稱，研究發現在規劃設計上實現被稱為「步行友好」(即易於行走)的城市環境，更能促進人群開展身體活動。 這項來自1609個美國城市中超過5000人的手機數據表明，在被認為更突出「步行友好」的城市，人們平均每日步數有所增加。這一發現可能為政策制定提供參考，以考慮建成環境對人群健康的重要性。 資料圖：中國香港，一處郊野公園的路徑指示牌清晰醒目，方便徒步者選擇。記者 孫自法 攝 該論文介紹，雖有證據表明城市環境設計會影響身體活動，但此前部分研究受到樣本量小等因素的限制。 在本項研究中，論文第一作者兼通訊作者、美國華盛頓大學Tim Althoff和合作者一起，分析了一個智慧型手機健康應用的2112288名用戶的大規模身體活動數據，以衡量身體活動(步數記錄)如何隨城市環境而變化。他們用此前開發的「步行評分」來衡量「步行友好度」，該評分基於便利設施的可達性和對行人的友好程度，例如街區長度和交叉路口密度。評分範圍從1至100，100表示最宜步行。 聚焦於1609個城市裡5424名在3年觀察期中至少搬遷了一次的個體的數據，論文作者研究發現，從一個不太適宜步行的區域搬到一個更適宜步行的地方，會讓身體活動增加，反之亦然。例如，178人從評分48/100的城市搬到紐約市(評分89/100)後，他們的身體活動水平從平均每天5600步增加到了7000步，增幅達1400步。這一效應對於反向遷移的參與者也同樣成立。這些觀察結果在不同性別、年齡和身體質量指數(BMI)的人群中均保持一致。 通過隨後進一步進行模擬，論文作者預測了城市區域步行友好水平提升會如何增進身體活動。他們認為，假如每個美國人都居住在一個相當於芝加哥或費城(評分78/100)那樣的步行友好城市，可能會有額外11.2%的美國人達到有氧活動指南推薦水平。 論文作者總結說，他們這項研究發現提供了可靠的證據，支持建成環境(如減少汽車依賴或改善公共運輸)對於直接提升促健康身體活動的重要性。(完)
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