中美青年武漢科創對話 創新氛圍獲讚譽
2026-01-06 22:26 8,871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)
前不久，考古文保題材電視劇《護寶尋蹤》在央視熱播，帶火了劇中主要場景取景地——陝西省韓城市。這個坐落於黃河「幾字彎」臂彎處的千年古城，究竟蘊藏著怎樣的獨特魅力？8月5日，「大河奔湧萬象新」黃河流域生態保護和高質量發展網絡主題宣傳活動媒體採訪團深入韓城實地探訪，了解它如何在守護歷史文脈的同時，以創新姿態實現精彩蝶變。一邁進梁帶村芮國遺址博物館，採訪團記者們便被瞬間拉回了三千年前的西周時期。博物館主體建築以芮國墓地出土的鏤空銅方盒造型設計而成，古樸莊重。在二層出土文物綜合展示廳的上方，「古芮尋微故國韶光」八個大字熠熠生輝，如同歷史的鑰匙，為採訪團記者們緩緩開啟了一扇通往「芮國」神秘世界的大門。「芮」曾是兩周時期眾多諸侯國之一，在公元前七世紀因秦國的徵伐而悄然湮滅於歷史長河之中。直至2004年，考古工作者在韓城梁帶村的一次搶救性發掘中，發現了一批屬於西周末期至春秋早期芮國的墓葬，這才將「芮國」這頁塵封已久的歷史重新翻開。經過三次大規模的勘探與五年的階段性發掘，深埋地下的芮國遺珍終於驚豔亮相。不僅揭示了眾多保存完好、結構清晰的墓葬遺蹟，更出土了2.6萬餘件（組）珍貴文物。2018年2月，梁帶村芮國遺址博物館正式開館，通過金器、鐵器、青銅器、玉石器、象牙器等琳琅滿目的文物展品，將歷史文獻中記載寥寥的芮國生動地呈現在世人面前。「大家眼前這七尊造型相同、大小依次遞減的鼎，是迄今為止我國春秋早期出土青銅器中規制較為完整的一套諸侯級禮器，見證了西周時期的列鼎制度。」在七鼎六簋展品前，採訪團記者們被這套精美的青銅禮器深深吸引。梁帶村芮國遺址博物館講解員王錦娓娓道來：「西周時期，禮樂制度盛行，規定天子祭祀宴享用九鼎八簋，諸侯則用七鼎六簋。因此，我們可以推斷出該墓主的身份為諸侯級。而簋中的銘文『內（芮）公作為旅簋』，更是為我們確定墓主的國別提供了確鑿的證據。」金文為證，地書作傳，梁帶村遺址的考古發現為後人補寫了歷史缺失的片段，也讓這段久遠的先秦古國史逐漸變得清晰可辨。「目前，館內展出文物共525件（組），其中85%以上為國家等級以上文物，更有31件是國家一級文物。然而，目前僅發掘了遺址的十分之一，因此我們不僅要做好文化保護和傳承工作，提升展品數位化能力，更希望能找到古芮國人生活的更多遺蹟。」梁帶村芮國遺址博物館館長薛豔麗滿懷期待地說。古芮國的起源地在哪、古芮國後人去向何處、芮國近鄰梁國的國土在哪裡……古芮國還有許多謎團等待著後人去解開，但正如引廳內牆面上展示的那段話所言：「這段歷史，雖已塵封千年卻依舊鮮活而溫熱；這方古國，雖已揭開面紗卻仍然神秘而悠揚。」
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