科学家开创超大片段基因精准无痕编辑新方法|DNA_新浪科技

本报讯（记者冯丽妃）8月4日，《细胞》报道了中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员高彩霞团队开发的一项具有里程碑意义的基因组编辑新技术——可编程染色体水平大片段DNA精准操纵技术（PCE）。该技术在动植物中实现了从千碱基（kb）到兆碱基（Mb）级别DNA的多类型精准无痕操纵，显著提升了真核生物基因组的操纵尺度和能力。

基因组编辑技术作为生命科学领域的一项革命性突破，为基础研究和应用开发提供了强大的技术支撑。然而，大片段DNA编辑一直面临重大挑战，对数千乃至数百万碱基的精准操纵更是核心难题，现有工具在编辑效率、尺度、精准性及类型多样性等方面仍存在明显不足。位点特异性重组酶Cre-Lox系统具有染色体水平DNA操纵潜力，但由于存在位点的可逆性、酶活性难以提升及编辑后残留位点等问题，其应用受到极大制约。

针对这些问题，高彩霞团队构建了系统性技术路径。首先，开发了高通量重组位点快速改造平台，提出不对称Lox位点设计原则，成功创制出新型Lox变体，显著提升目标编辑产物的稳定性；其次，团队自主开发了基于人工智能方法的蛋白定向进化平台AiCE，对Cre蛋白的多聚化界面进行精准优化，获得了重组效率提升3.5倍的工程化Cre蛋白变体；最后，创建并优化了重组酶的无痕编辑策略Re-pegRNA，利用引导编辑器的高效特性对重组后残留的Lox位点进行精准替换，实现了基因组序列的无痕编辑。

基于这3项核心技术的集成，研究团队构建了PCE与RePCE两个可编程染色体编辑系统，可在动植物细胞中灵活编程Lox位点的位置与方向，实现超大片段整合、定向替换、染色体倒位、大范围删除乃至整条染色体易位等多种复杂的基因组精准操作。研究团队利用PCE技术成功创制了含315kb精准倒位的抗除草剂水稻种质，展示了其广阔应用前景。

新技术不仅为多基因叠加提供了可能，还通过操控基因组结构变异，为作物性状改良和遗传疾病治疗开辟新路径。研究人员表示，该技术有望推动新型育种策略的发展，并将加速人工染色体构建，并且在合成生物学等新兴领域也具有重要应用价值。