——習在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

　　1949年，伴隨著新中國的誕生，中國科學院成立。作為國家在科學技術(shù)方面的最高學術(shù)機構(gòu)和全國自然科學與高新技術(shù)的綜合研究與發(fā)展中心，建院以來，中國科學院時刻牢記使命，與科學共進，與祖國同行，以國家富強、人民幸福為己任，人才輩出，碩果累累，為我國科技進步、經(jīng)濟社會發(fā)展和國家安全做出了不可替代的重要貢獻。更多簡介 +

　　中國科學院院級科技專項體系包括戰(zhàn)略性先導科技專項、重點部署科研專項、科技人才專項、科技合作專項、科技平臺專項5類一級專項，實行分類定位、分級管理。

　　為方便科研人員全面快捷了解院級科技專項信息并進行項目申報等相關操作，特搭建中國科學院院級科技專項信息管理服務平臺。了解科技專項更多內(nèi)容，→

　　中國科學技術(shù)大學（簡稱“中國科大”）于1958年由中國科學院創(chuàng)建于北京，1970年學校遷至安徽省合肥市。中國科大堅持“全院辦校、所系結(jié)合”的辦學方針，是一所以前沿科學和高新技術(shù)為主、兼有特色管理與人文學科的研究型大學。

　　中國科學院大學（簡稱“國科大”）始建于1978年，其前身為中國科學院研究生院，2012年經(jīng)教育部批準更名為中國科學院大學。國科大實行“科教融合”的辦學方針，與中國科學院直屬研究機構(gòu)（包括所、院、臺、中心等），在管理kaiyun平臺官網(wǎng)登錄 開云網(wǎng)站體制、師資隊伍、培養(yǎng)體系、科研工作等方面高度融合，是一所以研究生教育為主的獨具特色的高等學校。

　　上?？萍即髮W（簡稱“上科大”），由上海市人民政府與中國科學院共同舉辦、共同建設，由上海市人民政府主管，2013年經(jīng)教育部正式批準。上科大致力于服務國家經(jīng)濟社會發(fā)展戰(zhàn)略，培養(yǎng)科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才，努力建設一所小規(guī)模、高水平、國際化的研究型、創(chuàng)新型大學。

　　PCE系統(tǒng)的開發(fā)和精準染色體編輯示意圖。（中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所供圖）

　　作為生命科學領域的一項革命性突破，基因組編輯技術(shù)已經(jīng)能夠像修剪樹枝般精準修改短片段DNA，但大片段DNA編輯仍是難題。

　　8月4日晚，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所高彩霞團隊在國際學術(shù)期刊《細胞》在線發(fā)表論文，系統(tǒng)報道了一種新型可編程的染色體水平大片段DNA精準操縱技術(shù)PCE，實現(xiàn)了真核生物基因組千堿基到兆堿基級別DNA的“精準編輯”。

　　審稿人對此評價：這項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。

　　DNA作為生命密碼，儲存著決定生物性狀、生命活動乃至進化方向的遺傳信息。當前，被稱為“基因剪刀”的CRISPR及其衍生技術(shù)，已經(jīng)在特定堿基和短片段DNA中廣泛應用。

　　然而，對數(shù)千乃至數(shù)百萬堿基的精準操縱是大片段DNA編輯的核心難題，現(xiàn)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。

　　研究團隊開發(fā)了超大片段DNA精準無痕編輯新方法，構(gòu)建PCE與RePCE兩個可編程染色體編輯系統(tǒng)，實現(xiàn)超大片段DNA精準無痕操縱，成功破解了基因組編輯的“尺度困境”。

　　中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所研究員高彩霞介紹，這項技術(shù)能夠在植物和動物細胞中實現(xiàn)數(shù)百萬堿基級別DNA的多類型精準操縱，顯著提升真核生物基因組的操縱尺度和能力。

　　位點特異性重組酶Cre-Lox系統(tǒng)具有染色體水平DNA操縱潛力，但其進一步應用受到三大關鍵問題制約。為此，研究團隊構(gòu)建系統(tǒng)性技術(shù)路徑，實現(xiàn)三項關鍵技術(shù)創(chuàng)新，為超大片段DNA精準無痕編輯裝上“導航系統(tǒng)”。

　　——“雙向門”改為“單通道”。為破解Lox位點固有對稱性導致的重組反應可逆問題，研究團隊創(chuàng)新性地開發(fā)了高通量重組位點快速改造平臺，成功打造新型Lox變體，如同單向閘機門，只允許DNA片段按預定方向移動，更有利于目的編輯的發(fā)生。

　　——借助人工智能對Cre重組酶進行“團隊優(yōu)化”。簡單來說，Cre重組酶是DNA片段的搬運工人，基于研究團隊此前自主開發(fā)的人工智能新型蛋白質(zhì)定向進化方法AiCE，研究人員對Cre蛋白多聚化界面進行精準優(yōu)化，獲得重組效率提升至3.5倍的工程化Cre蛋白變體，有效提高其活性，提升“工作效率”。

　　——打造“無痕編輯策略”Re-pegRNA。為避免重組后特異性位點殘留干擾基因組編輯的精準性，研究團隊開發(fā)的Re-pegRNA策略就像一塊智能橡皮擦，能精準識別并消除這些殘留位點，提高編輯精準性。

　　業(yè)內(nèi)人士認為，利用超大片段DNA精準無痕編輯新方法，通過操控基因組結(jié)構(gòu)變異，可以為作物性狀改良和遺傳疾病治療等開辟新路徑。

　　在傳統(tǒng)育種中，優(yōu)良性狀常與不良基因遺傳連鎖，如同“買一送一”的捆綁銷售。大片段DNA精準無痕編輯的技術(shù)突破，有望推動新型育種策略的發(fā)展，如通過操縱遺傳連鎖、調(diào)控重組頻率實現(xiàn)育性控制、消除連鎖累贅，充分釋放野生種質(zhì)資源中優(yōu)異等位基因的育種潛力。

　　目前，研究團隊已經(jīng)利用該技術(shù)成功創(chuàng)制了含315千堿基精準倒位的抗除草劑水稻種質(zhì)。

　　在遺傳疾病治療領域，這項技術(shù)有望為因染色體異常導致的疾病提供新的治療思路。此外，精準染色體編輯技術(shù)的突破將加速人工染色體構(gòu)建，在合成生物學等新興領域有重要的應用前景。

　　PCE系統(tǒng)的開發(fā)和精準染色體編輯示意圖。（中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所供圖）作為生命科學領域的一項革命性突破，基因組編輯技術(shù)已經(jīng)能夠像修剪樹枝般精準修改短片段DNA，但大片段DNA編輯仍是難題。8月4日晚，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所高彩霞團隊在國際學術(shù)期刊《細胞》在線發(fā)表論文，系統(tǒng)報道了一種新型可編程的染色體水平大片段DNA精準操縱技術(shù)PCE，實現(xiàn)了真核生物基因組千堿基到兆堿基級別DNA的“精準編輯”。審稿人對此評價：這項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。破解基因組編輯“尺度困境”DNA作為生命密碼，儲存著決定生物性狀、生命活動乃至進化方向的遺傳信息。當前，被稱為“基因剪刀”的CRISPR及其衍生技術(shù)，已經(jīng)在特定堿基和短片段DNA中廣泛應用。然而，對數(shù)千乃至數(shù)百萬堿基的精準操縱是大片段DNA編輯的核心難題，現(xiàn)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。研究團隊開發(fā)了超大片段DNA精準無痕編輯新方法，構(gòu)建PCE與RePCE兩個可編程染色體編輯系統(tǒng)，實現(xiàn)超大片段DNA精準無痕操縱，成功破解了基因組編輯的“尺度困境”。中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所研究員高彩霞介紹，這項技術(shù)能夠在植物和動物細胞中實現(xiàn)數(shù)百萬堿基級別DNA的多類型精準操縱，顯著提升真核生物基因組的操縱尺度和能力。三項創(chuàng)新突破技術(shù)瓶頸位點特異性重組酶Cre-Lox系統(tǒng)具有染色體水平DNA操縱潛力，但其進一步應用受到三大關鍵問題制約。為此，研究團隊構(gòu)建系統(tǒng)性技術(shù)路徑，實現(xiàn)三項關鍵技術(shù)創(chuàng)新，為超大片段DNA精準無痕編輯裝上“導航系統(tǒng)”?！半p向門”改為“單通道”。為破解Lox位點固有對稱性導致的重組反應可逆問題，研究團隊創(chuàng)新性地開發(fā)了高通量重組位點快速改造平臺，成功打造新型Lox變體，如同單向閘機門，只允許DNA片段按預定方向移動，更有利于目的編輯的發(fā)生?！柚斯ぶ悄軐re重組酶進行“團隊優(yōu)化”。簡單來說，Cre重組酶是DNA片段的搬運工人，基于研究團隊此前自主開發(fā)的人工智能新型蛋白質(zhì)定向進化方法AiCE，研究人員對Cre蛋白多聚化界面進行精準優(yōu)化，獲得重組效率提升至3.5倍的工程化Cre蛋白變體，有效提高其活性，提升“工作效率”?！蛟臁盁o痕編輯策略”Re-pegRNA。為避免重組后特異性位點殘留干擾基因組編輯的精準性，研究團隊開發(fā)的Re-pegRNA策略就像一塊智能橡皮擦，能精準識別并消除這些殘留位點，提高編輯精準性。多場景應用將有望實現(xiàn)業(yè)內(nèi)人士認為，利用超大片段DNA精準無痕編輯新方法，通過操控基因組結(jié)構(gòu)變異，可以為作物性狀改良和遺傳疾病治療等開辟新路徑。在傳統(tǒng)育種中，優(yōu)良性狀常與不良基因遺傳連鎖，如同“買一送一”的捆綁銷售。大片段DNA精準無痕編輯的技術(shù)突破，有望推動新型育種策略的發(fā)展，如通過操縱遺傳連鎖、調(diào)控重組頻率實現(xiàn)育性控制、消除連鎖累贅，充分釋放野生種質(zhì)資源中優(yōu)異等位基因的育種潛力。目前，研究團隊已經(jīng)利用該技術(shù)成功創(chuàng)制了含315千堿基精準倒位的抗除草劑水稻種質(zhì)。在遺傳疾病治療領域，這項技術(shù)有望為因染色體異常導致的疾病提供新的治療思路。此外，精準染色體編輯技術(shù)的突破將加速人工染色體構(gòu)建，在合成生物學等新興領域有重要的應用前景。