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2025-11-02 11:36 5,159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)
「準備開始彈射作業」 「起飛！」 福建艦上 艦員和科研人員激動地歡呼起來 一路闖關奪隘 一路見證創造 福建艦入列進入最後的攻堅時刻 福建艦入列 進入最後的攻堅時刻 「首次，意義重大 不光是我們中隊首次 更是咱們國家航母歷程的首次」 「這次完全獨立由艦員來完成操作」 廣闊大洋 福建艦開始又一次試驗試航 目前 福建艦入列進入最後的攻堅時刻 海軍福建艦田偉： 「現在正在攻克的是 能否兼容從滑躍到彈射起飛的 無縫轉接 最極致地去優化並縮短這個時間 讓新裝備儘快形成戰鬥力 達到交裝即交戰鬥力」 「參數核對完畢」 「2號位允許起飛」 「狀態好，正常」 「起飛！」 每一次模擬放飛試驗的成功 都是為了真正彈射起飛的那一刻 隨著「嗡」的一聲轟鳴 艦員和科研人員 激動地擁抱、歡呼 「不容易！不容易！」 「17年了，孩子都長大了！」 中國航母事業從這裡 「一飛沖天」 田偉曾服役於 海軍某艦載機綜合試驗訓練基地 在那裡，官兵系統學習 保障艦載機滑躍和彈射起飛 2013年8月28日 習近平主席冒雨視察基地 觀看滑躍起飛和阻攔著艦 就是在這裡 田偉向習近平主席匯報了 滑躍起飛特種裝置 每當想起習近平主席 在現場視察時的點滴細節 田偉都會感到莫大的鼓舞 「謀海制勝 彈射未來」 寫在質量車上的莊嚴承諾 12年過去了 艦載機不斷地從航母上放飛 而田偉也來到 我國首艘彈射型航母福建艦上服役 海軍福建艦開展 研試訓一體化建設 艦員們在交裝之前 參與各項設計建設和試驗工作 2023年 田偉和戰友第一次獨立操作 質量車彈射 當時的場景 田偉至今歷歷在目 在第一次彈射入水前 田偉發現 在質量車的兩側 有科研人員寫下了 「平平安安 順順利利」 田偉真實地感受到科研人員 還有造船工人 最樸素的家國情懷 田偉也走到質量車前寫下 「謀海制勝 彈射未來」 他說： 「我寫下的不單是一個祝福 更是代表我們全航空部門 寫下一份莊嚴的承諾」 「電磁彈射 之前誰都沒有接觸過 天書也好、困難也罷 沒有一個人叫苦叫難」 「強敵不一定畏懼福建艦 但一定畏懼 我們穩定的培養能力」 見證、參與、創造 一路跟試跟訓、一路闖關奪隘 著眼未來，田偉說： 「我們做的 不只是福建艦的彈射流程 而是彈射型航母的彈射流程」 「把我們所執掌的 電磁彈射、電磁阻攔這些高新裝備 比作一把寶劍 把操作、使用、維護這些法規規程 比作一本劍譜」 田偉說： 「使命要求我們 首先要能夠穩穩地舉起這柄寶劍 而現階段的任務 是在未知的道路上、重重的困難前 先一次次試出它的鋒刃 而後一招一式地去研習 並完善這本劍譜 直至爐火純青 祖國和人民最希望看到的 就是利劍出鞘、運用自如的那天」 「強敵不一定畏懼我們的艦載機 畏懼福建艦 但他們一定畏懼 我們穩定 批量培養 優秀艦載機飛行員 還有航母航空保障艦員的能力」
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