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2026-01-16 08:41 5,827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)
杭州8月13日電(藍伊旎)盛夏時節，在杭州市臨安區天目山腳下，天目山農園林廢棄物資源化循環利用中心(以下簡稱「中心」)格外忙碌——成堆的秸稈、樹枝經過粉碎和發酵，轉化為滋養土壤的肥料，直供田間地頭。 工作人員在肥料生產線作業。 杭州市供銷社 供圖 近年來，杭州市供銷社持續深化改革，圍繞綠色低碳和新質生產力發展不斷探索。作為其社屬企業，杭州供銷農業發展集團有限公司圍繞綠色轉型探索實踐，農林廢棄物資源化利用便是其中的亮點之一。 過去，秸稈焚燒帶來的環境汙染、隨意堆放佔用土地等問題長期困擾著當地農戶。新技術的推廣應用，不僅為這一難題提供了解決方案，還成了「點草成金」的助農法寶。 據了解，通過應用微生物發酵技術，中心將傳統堆肥周期從45天大幅縮短至一周左右，其年產的有機肥不僅滿足本地需求，還通過「以廢換肥」惠及農戶，既環保又實惠。 「我們目前重點回收農作物秸稈和園林修枝廢棄物，覆蓋臨安的天目山鎮、於潛鎮、昌化鎮等區域，年處理規模超1萬畝農田產生的廢棄物。」中心運營方、浙江仟初供銷農業科技發展有限公司負責人徐玉祥表示，今年上半年，公司已為杭州各區縣超200家種植戶送出優質有機肥。 杭州市供銷社送肥下鄉。 杭州市供銷社 供圖 據悉，農林廢棄物資源化利用後轉化為高效有機肥，不僅減少了秸稈焚燒帶來的環境汙染、為農業生產提供有力保障，還能有效促進土壤生態修復，助力農業可持續發展。 與此同時，數位化技術正在大幅提升全鏈條生產效率。 走進中心發酵車間，智慧屏實時跳動著溫度、溼度等參數。依託智能調控設備，技術人員可精準把握菌群活性。 據介紹，中心今年啟用的「測土配肥+精準配送」系統，通過土壤檢測資料庫生成專屬配方，配合智能調度平臺，讓偏遠山區農戶也能在48小時內收到定製肥料，廢棄物處理效率提升了30%，服務響應提速了50%。此外，在數位化調度平臺的助力下，有機肥生產、檢測、配送全鏈條資源有效整合，配送效率提升了40%。 縣、鄉、村共享倉儲資源，降低約30%的物流成本；依託鄉鎮服務網點實時採集農戶需求，確保快速響應；通過農資團購與田間課堂結合，構建起「技術指導+物資供應」的服務閉環......三級協同下，一個高效的農業服務網絡正在加速形成。 據悉，杭州市供銷社正規劃擴建工程以進一步提升產能，隨著更多智能化設備的引入，這條將農林廢棄物「變廢為寶」的綠色產業鏈，將為區域生態農業發展和杭州「無廢」實踐注入更強動力。(完)
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