【本報訊】在生命科學領域，基因組編輯技術的快速發展和廣泛應用，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編輯一直面臨重大挑戰，對數千甚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。
來自中科院遺傳與發育生物學研究所的消息說，該所高彩霞研究員團隊最新研發出一種新型可程式化的染色體編輯技術(PCE)。此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，還可透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，例如透過操縱遺傳連鎖、調控重組頻率來實現育性控制，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。這項攻克大片段DNA精準編輯的重要成果論文，日前在國際知名學術期刊《細胞》上線發表。審查者評論認為，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。論文通訊作者高彩霞介紹說，以基因編輯工具CRISPR及其衍生技術為代表的編輯系統，透過可編程的嚮導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有明顯不足。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，但Cre-Lox系統的應用受到3個關鍵問題的限制。高彩霞指出，在本項研究中，研究團隊建構出系統性技術路徑，逐一突破3項限制，並透過技術的整合優化，成功建構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精無痕操縱無痕操縱的大片段。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18.8kb超大片段DNA的定點整合、5kb序列的定向替換、12Mb的染色體倒位、4Mb的染色體刪除及整條染色體的易位。他們也利用新型大片段DNA精準操縱技術，成功創造含315kb精準倒位的抗除草劑水稻種質，展現出其廣泛應用前景。分享 / Share :