東西問丨任筱強：國際月球科研站「朋友圈」為何越來越大？
2026-02-23 15:45 2,237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)
一顆懷揣著田園夢想的心跨越重洋，在上海嘉定的瀝江生態園裡悄然生根。2017年，留學歸國的「農二代」沈燕燕從父親手中接棒，投身農業，參與瀝江生態園發展。在嘉定故土上，她以匠心守護農產品品質，深耕現代農業技術，解碼傳統農耕文明的基因密碼，拓展農業功能邊界，不斷推動產業升級，將傳統農業向生態農業、休閒農業和觀光農業轉型發展，為鄉村振興注入屬於「新農人」的一份力量。探索標準化種養：堅持農產品品質「生命線」留學期間，沈燕燕就被歐洲農場開闊的田園風光以及成熟的農業經營體系所觸動。「我看到消費者對他們本國農產品非常信任，這種信任來源於對生產全過程的了解。」帶著這樣的想法，在成為「農場CEO」後，她的第一件事，就是建立農場自身的標準化體系，以農產品質量標準為核心，從源頭保證其品質。「從土壤改良到品種選育，從施肥灌溉到病蟲害防治，每一個環節都不能馬虎。」在她的努力下，瀝江生態園陸續通過了省級蔬菜標準園和水果標準園的驗收，獲得了省級標準化示範單位的稱號。特別是梅山豬的養殖，沈燕燕引入了現代發酵床養殖模式，實現了零汙染零排放。「這樣不僅提升了豬肉品質，還為園區帶來了優質的有機肥。」她笑著說，「梅山豬養殖經驗讓我獲得了許多來自外界的認可與鼓勵，我也被大家親切地稱為『佩奇姐姐』。」同時，為了提升園內農產品的競爭力，沈燕燕還長期與各大專業機構保持深度合作，不僅引進各類特色品種，還致力於培育具有本土歷史文化傳承的特色農產品。「例如，深受我們當地市民喜愛的白蠶豆，曾一度沒落，經過各方專家努力才逐漸得以恢復。我們還通過溫差實驗使其提早上市，從而有效提升其市場競爭力。」打造品牌新路徑：將「賣產品」與「賣體驗」融合開拓市場是沈燕燕的重點方向，她將目光投向了網際網路。2020年，她帶領團隊建設和運營了「我嘉生鮮」電商平臺，將嘉定本地的優質特色農產品直接送到市民餐桌。「我們組織小農戶進行規模化銷售，幫助他們解決了產銷對接的難題。同時，我們實現了果蔬24小時內從『田頭』直達『灶頭』，讓市民吃上新鮮、實惠的農產品。」除了藉助網際網路平臺拓展農業發展路徑，沈燕燕還將視野拓展至更廣闊的領域——農業與旅遊、文化的深度融合。她利用瀝江生態園的自然景觀和文化底蘊，開發了水果採摘、農耕種植體驗等一系列特色活動。其中，每年春季舉辦的「三花節」，更是成為了瀝江生態園的「流量密碼」。桃花、梨花、油菜花競相綻放，市民遊客在這裡拍照打卡、欣賞美景，參與挖筍、擠牛奶等趣味活動，盡情享受田園生活的愜意。這一活動還有效帶動了周邊餐飲、住宿等產業的協同發展，為當地鄉村振興注入了動力。「我想把農場做成一個開放、直觀的空間，種養殖過程公開透明。市民遊客來這裡觀光、體驗，與大自然和動物們親密接觸。」沈燕燕直言，「當他們親身感受到田園生活的美好，基於這份信任，自然會更願意購買我們的農產品，從而獲得良好的購買體驗。而我們的農產品質量過硬，又能進一步贏得消費者的認可，如此便能形成一個良性循環。」助農富農：打造都市中的「世外桃源」無論是「我嘉生鮮」平臺還是農文旅融合，其中都可以窺見沈燕燕在踐行鄉村振興中的探索和努力。「我採用了『家庭農場+農戶』的助農模式，組織本地農戶利用自留地和零星土地種植經濟作物，並通過訂單回購的形式進行深加工。」在她的帶領下，瀝江生態園不僅為農戶提供了就業機會，還為他們提供農技培訓。「據統計，僅通過訂單回購和提供就業兩項措施，每年就為當地農民帶來了超過200萬元的收益。」沈燕燕說，「看到農戶們的收入增加，生活改善，我就覺得特別有成就感。」「我希望通過自己的努力，讓更多人看到現代農業的魅力，吸引更多人回到鄉村。」沈燕燕的願景是打造一個都市中的「世外桃源」，「讓瀝江生態園朝著『百年農場』目標邁進，成為更多人嚮往的『詩與遠方』。」
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