農廢變「金肥」 杭州以智慧農服繪就綠色「豐景」
2025-10-30 15:38 2,396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)
鄂爾多斯8月12日電 題：那達慕上「跑」來個機器人 記者 李愛平 沿著鬆軟的黃土賽道，一名站立高度1.4米、四肢靈活的機器人在多名搏克運動員的陪伴下，「跑」到了2025鄂爾多斯暖城那達慕活動開幕式現場。 跑步行進100米後，這名機器人運動員開始自動減速，隨後穩穩站定。 圖為2025鄂爾多斯暖城那達慕活動上機器人(前一)亮相。郝維濤 攝 8月12日10時許，記者在那達慕活動開幕式現場目擊這位運動員的精彩亮相，他的蒙古族搏克服飾造型，也為觀眾留下了深刻的印象。 韓國首爾市立大學首爾學研究所首席專家樸喜用觀看完機器人的表演後告訴記者，「這名機器人『跑』起來還是有些蹣跚，並沒有形成人跑步的自然節奏。不過，能在那達慕活動上看到機器人亮相，還是很意外。」 「這名機器人很有禮貌。」內蒙古觀眾溫勇對記者小聲說，「結束表演後，他還向觀眾揮手打招呼，給人很親切的感覺。」 「那達慕」是蒙古語，意為「娛樂、遊戲」。每年牛肥羊壯時，內蒙古草原上的牧民都會舉行那達慕活動。而在機器人的賦能下，鄂爾多斯的此次那達慕活動也多了高科技的味道。 此次那達慕的總導演桃日根告訴記者，從今年4月份開始，工作人員開始設計如何讓機器人亮相那達慕活動。此前機器人還經過了15輪演練彩排。「先是練習讓機器人如何在賽道上走，慢慢加入了『跑』的內容。」 「最開始，機器人在黃土賽道上『跑』的並不是特別穩當，後來經過幾次調試，一次比一次好。」桃日根給這名機器人的表現打了95分的高分。 公開資料顯示，今年以來，中國各地開始通過實際應用場景測試，來帶動機器人技術創新。在北京，機器人可在室外複雜環境裡行走，不僅要上坡、下坡，還可以在摔倒後0.5秒內自主爬起，讓機器人的「關節」靈活性不斷提升。 「下一步，我們會在技術上對這名機器人進行調整，爭取在明年的那達慕活動上有更完美的表現。或許明年這名機器人會代表運動員參加比賽。」桃日根如是展望。 「既保留『馬背民族』的豪邁內核，又以科技煥發新生。」內蒙古農業大學博士生導師蓋志毅認為，在高科技的加持下，如今那達慕正成為傳統文化數位化轉型的前沿試驗場。 蓋志毅認為，這一案例也昭示，內蒙古文旅部門需用更多時間關注如何讓技術真正服務於文化傳承的話題。(完)
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