和諧之路——海軍執行和諧使命任務15周年MV發布
2026-02-08 02:40 2,475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)
八月的塔裡木河攜冰川融水奔湧而下，在沙雅縣哈德墩鎮一處引洪渠前，依布拉依木·阿合尼亞孜看著挖掘機挖開淤沙，笑著說：「看，這片胡楊林能喝上水了。」 在乾旱少雨、生態環境脆弱的新疆，森林資源尤其珍貴，環塔克拉瑪幹沙漠的塔裡木河流域分布著我國近九成天然胡楊林，是抵禦風沙侵襲的天然屏障。8月5日，塔裡木河第26次生態輸水第二階段輸水工作啟動，滔滔洪水流向下遊綠色廊道的同時，第9個年頭向塔河中上遊引洪補水工作也已開展半月有餘，為流域內胡楊林「精準解渴」。 43歲的依布拉依木是沙雅縣胡楊林保護中心達朗塘木中心管護所所長，做護林工作已有17年，守護著哈德墩鎮內的原始胡楊林。「8月是胡楊生長關鍵的落種期，供上水、供好水，是來年新林生發的重要一環。」依布拉依木說，在連續9年的向塔河中上遊引洪補水灌溉下，原本退化的胡楊林日益恢復生機。 曾經，河流兩岸商業伐木、村民砍樹燒火的現象較為普遍。1998年，國家在新疆啟動天然林保護工程試點，1999年，沙雅縣全面停止胡楊採伐。但由於塔裡木河改道等原因，沙雅縣部分區域的胡楊林因常年缺水嚴重已有退化趨勢。如今在沙雅縣著名的胡楊林景點「魔鬼林」，還能看到大片因河水改道缺水枯死的胡楊林。 2016年，新疆全面啟動塔裡木河流域胡楊林生態保護行動，也是這一年，塔河中上遊引洪補水灌溉胡楊林工作正式啟動。沙雅縣胡楊林保護中心主任強利民介紹，塔裡木河沙雅段全長266公裡，河岸兩邊有世界上面積最大的原生態胡楊林。作為塔克拉瑪幹沙漠邊緣阻擊戰的前沿陣地之一，近年來，沙雅縣通過生態輸水、退耕還溼、補植補造等綜合措施，不斷加大塔裡木河上遊溼地生態修復保護力度，尤其引洪補水5年一輪灌，使胡楊林的生態修復更精準高效。 新其滿管理站是沙雅縣管轄河段最長的一個管理站，站長劉華利和同事們根據每天的來水量，合理調配向胡楊林引流的生態水。由於塔裡木河河水含沙量大，日常巡檢、渠道清淤是水利、林草部門工作人員的必修課。如今，安裝在手機端的智慧測流系統使水情「號脈」工作更便利精準，一旦發現閘門引水流量不足等異常數據，工作人員就能立即驅車前往淤堵點進行核查清淤。 「連續多年的引洪補水，使縣域內退化的胡楊林得到修復，天然幼林面積增加近5萬畝，地下水位總體上升0.11米。」強利民介紹，2016年至今，縣裡修建了200餘公裡的引洪渠，累計清淤398公裡，協調生態水6.89億立方米。今年，沙雅縣新建引洪渠24.5公裡，計劃引洪補水0.71億立方米，灌溉20萬畝胡楊林。 沙雅縣蔥鬱連綿的胡楊林，也為白尾地鴉、黑鸛、馬鹿等野生動物提供了棲息地，更因水美景美成為南疆新興旅遊目的地。網紅打卡地139胡楊秘境自駕公路上，掛著全國各地牌照的車輛川流不息。2024年，沙雅縣胡楊林景區接待遊客23.4萬人次，同比增長35.3%，今年「五一」假期接待遊客超16萬人次，生態「含綠量」正轉化為發展「含金量」。 今年，塔河流域全年計劃引洪補水6.52億立方米，將灌溉喀什地區、阿克蘇地區、和田地區、巴音郭楞蒙古自治州等多地的胡楊林區。這條沙漠前沿以水為盾、以綠為牆的生態防線建設，正成為「綠水青山就是金山銀山」理念在死亡之海邊緣的生動實踐。 石榴雲/新疆日報記者 康顥嚴
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