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中国科学院遗传与发育生物学研究所的高彩霞教授团队近日在基因组编辑领域取得突破性进展。该团队开发了两项创新技术——可编程染色体工程（PCE）和 RePCE，为植物及其他真核细胞中的 DNA 操作提供了前所未有的精确性，覆盖范围从千碱基到兆碱基。
这项研究于 8 月 4 日在线发表于《细胞》杂志，并在一份 新闻稿 中详细介绍了其重要性。研究团队成功解决了 Cre-Lox 重组酶系统的长期技术瓶颈。尽管 Cre-Lox 系统在染色体编辑方面潜力巨大，但其应用受到三大限制：对称 Lox 位点导致的可逆重组、Cre 重组酶复杂的四聚体结构难以工程化，以及残留 Lox 位点影响编辑准确性。
为突破这些限制，研究团队提出了三项关键创新：
- 非对称 Lox 位点：通过高通量平台对重组位点进行修饰，团队设计出新型 Lox 变体，将不必要的可逆重组减少超过 10 倍，同时保持高效的正向重组。
- AiCErec：利用基于 AI 的蛋白质工程系统，团队优化了 Cre 重组酶的多聚化界面，开发出一种重组效率比野生型高 3.5 倍的变体。
- Re-pegRNA：将精确的 prime 编辑与重组酶技术结合，这种无痕编辑方法通过特殊设计的 pegRNAs 将残留 Lox 位点替换为原始基因组序列，确保基因组修饰的无缝衔接。
这些创新技术的整合催生了 PCE 和 RePCE 平台，使研究人员能够灵活编程插入位点和方向，实现从几千碱基到几兆碱基的 DNA 片段在植物和动物细胞中的精确、无痕操作。研究成果包括：成功插入长达 18.8 kb 的 DNA 片段、完全替换 5 kb 序列、实现 12 兆碱基的染色体倒位、删除 4 兆碱基片段，甚至完成整个染色体易位。
为展示技术潜力，团队成功设计出具有精确 315 kb 染色体倒位的抗除草剂水稻，凸显了其在基因工程和作物改良中的革命性应用前景。这项研究不仅解决了 Cre-Lox 系统的历史局限，还为多种生物体的高精度基因组工程开辟了新路径，有望推动农业领域的重大进步。
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