2025上海書展·上海國際文學周主論壇啟幕
2025-11-04 15:10 6,894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)
石榴雲/新疆日報記者 姚剛盛夏時節，瑪納斯縣蘭州灣鎮八家戶村的40畝荷塘迎來了最絢爛的季節。清晨，薄霧籠罩著荷塘，露珠在荷葉上滾動。慕名而來的遊客們沿著木棧道漫步，拍照留念。來自昌吉市的甘娟舉起手機讚嘆道：「在新疆能看到這樣規模的荷花真讓人意外，空氣都是清甜的，讓人瞬間忘了城市的喧囂。」這片荷花景觀也見證著這個緊鄰瑪納斯國家溼地公園的村莊，如何利用生態資源，走文旅融合之路，繪就鄉村振興的生動圖景。遊客在瑪納斯縣蘭州灣鎮八家戶村荷塘遊玩。石榴雲/新疆日報記者 姚剛攝離荷塘不遠的萌寵樂園裡，歡聲笑語不斷。四角山羊頂著螺旋角嬉戲，矮種馬馱著孩子踱步，黑天鵝優雅地在水中遊弋。5歲的樂樂踮起腳給孔雀投餵玉米粒，看到孔雀開屏時，他興奮地跳了起來。樂園負責人介紹，這裡已引進40多種珍稀動物，通過「動物認養」「科普研學」等互動項目，為遊客提供沉浸式體驗。正在記錄動物習性的石河子遊客沙寶紅說：「每年荷花節我都來，今年新增的萌寵樂園讓我們的行程更豐富了，孩子們能近距離觀察自然，比單純賞花更有意義。」2017年起，八家戶村開始探索在保護溼地中尋求發展契機。依託毗鄰瑪納斯國家溼地公園的優勢，該村堅持生態優先、綠色發展，紮實推進農村人居環境整治和美麗鄉村建設。在國家項目及各級財政支持下，整村推進了改路、改水、改廁等工程，實施村莊硬化、亮化、美化提升。村裡逐步構建「景區帶村、農文旅融合」的新模式，建起了萌寵樂園、水上樂園、遊客集散中心等設施，大力發展觀光農業遊、鄉村研學旅遊等業態。2025年上半年，該村接待遊客量同比增長10%，旅遊綜合收入達200萬元。從單純的賞花到多元的遊玩體驗，從傳統農耕到文旅融合，八家戶村的故事詮釋著「綠水青山就是金山銀山」的深刻內涵。當夕陽為荷塘鍍上金邊，歸巢的蒼鷺掠過水麵，遊客們意猶未盡地相約明年再來。這片綻放在溼地邊的荷花，正以其獨特的魅力，講述著生態保護與鄉村振興同頻共振的生動實踐。
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