陝西出土炭化植物遺存印證東周時期黃河流域小麥東擴
2026-01-07 02:26 9,381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4日電 題：內蒙古鄂爾多斯借黃河水滋養萬千景 作者 李愛平 李歡倪 在鄂爾多斯廣袤的土地上，悠悠黃河水奔湧而過，不僅孕育了燦爛的文明，更成為鄂爾多斯建設國家可持續發展議程創新示範區過程中，破解資源瓶頸與生態困境的「智慧密碼」，成就了借黃河水滋養萬千景的成功實踐。 近日，記者對當地多個旗縣進行了探訪。 在鄂爾多斯鄂託克旗棋盤井鎮「雙水源」工程現場，轟鳴的設備、跳動的數據交織，礦井疏幹水與黃河水正通過科技與智慧，上演著一場「變廢為寶」「借水生金」的水資源高效利用大戲。 負責人阿希達介紹，該工程以礦井疏幹水和黃河水為「雙水源」，配套建設礦井疏幹水深度處理系統和黃河水淨化處理系統。一方面，將礦井疏幹水「變廢為寶」，經過「調節—常規處理—超濾—反滲透」處理達到生活飲用水標準後併入生活飲用水管網，剩餘由煤礦企業退回的達標水統一有償調配，用於園林綠化、工業用水；另一方面，充分利用地表黃河水，經淨化處理，同樣進入生活飲用水管網，補充居民的生活用水。 黃河凌汛，曾是讓人談之色變的自然災害，但鄂爾多斯市杭錦旗通過引凌治沙工程，將凌汛期高水位的黃河水導入庫布其沙漠，實現了可持續發展。 記者從鄂爾多斯市可持續發展促進中心獲悉，這一創新舉措減輕了黃河防凌壓力，將水害轉化為水利。在黃河水的滋養下，蘆葦、紅柳等20多種植物遍布，黑鸛、東方白鸛等20多種水鳥繁衍棲息。 在鄂爾多斯市達拉特旗境內，有10條黃河一級支流，被稱為「十大孔兌」。「十大孔兌」是黃河流域水土流失最嚴重的區域之一，每年大量的泥沙隨著洪水湧入黃河，不僅加劇了黃河河道的淤積，也讓流域內生態環境日益惡化。 圖為鄂爾多斯市「十大孔兌」綜合治理效果圖。 李歡倪供圖 記者從達拉特旗政府獲悉，目前，鄂爾多斯市、達拉特旗兩級政府投入2.2億元，先期將西柳溝作為「十大孔兌」生態治理先行先試的示範孔兌，進行整體治理。同時，在黑賴溝實施「攔沙換水」試點工程，撬動4.2億元的社會資本投資治理，建成攔沙壩151座，實現了分洪、緩洪、用洪、補水和減沙的功效，在火房圪臺實施了引洪滯沙工程1處，這些攔沙壩如同堅固的衛士，將黃河泥沙蓄積在壩體一側，預計在25年的使用期內可減少入黃泥沙1.27億噸。 值得一提的是，鄂爾多斯市以此為基準，還成功置換了2800萬立方米的寶貴取水指標。2024年，鄂爾多斯市中心城區引黃供水工程正式通水，標誌著自1987年《黃河可供水量分配方案》實施以來，沿黃城市首次實現通過「攔沙工程」置換取水指標。置換來的水量除配置中心城區居民用水1600萬立方米外，還分配工業項目用水750萬立方米、棋盤井地區生活用水450萬立方米。 鄂爾多斯市可持續發展促進中心負責人杜曉彥表示，「攔沙換水」工程提高了黃河的防洪防凌能力，還實現了水資源的優化配置，讓「沙」與「水」在生態實踐中找到了新的平衡。 內蒙古經濟學家蓋志毅表示，從棋盤井鎮「雙水源」工程，到杭錦旗引凌治沙工程，再至「十大孔兌」攔沙換水工程，這一系列創新性水利工程，不僅為當地民眾帶來了實實在在的福祉，也為黃河流域生態保護和高質量發展提供了寶貴的「鄂爾多斯經驗」。(完)
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