科技日報(bào)記者 陸成寬

基因編輯技術(shù)是生命科學(xué)的強(qiáng)大工具，但大片段DNA編輯至今仍面臨重大挑戰(zhàn)。來自中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所的科研人員，開發(fā)了一種新型基因編輯技術(shù)。該技術(shù)在動(dòng)植物中實(shí)現(xiàn)了從幾千個(gè)堿基到幾百萬個(gè)堿基級(jí)別的大片段DNA的精準(zhǔn)操控，顯著提升了基因編輯的尺度和能力。相關(guān)研究成果4日在線發(fā)表于《細(xì)胞》雜志。

雖然CRISPR等技術(shù)已廣泛應(yīng)用于特定堿基和短片段DNA的精準(zhǔn)編輯，但編輯數(shù)千至數(shù)百萬堿基的大片段DNA仍是巨大挑戰(zhàn)，現(xiàn)有工具在基因編輯效率、尺度、精準(zhǔn)性及類型多樣性等方面都存在明顯不足。

在這項(xiàng)研究中，科研人員通過整合三項(xiàng)創(chuàng)新系統(tǒng)性技術(shù)路徑，成功開發(fā)了一種可編程的染色體水平大片段DNA精準(zhǔn)操縱技術(shù)PCE。在動(dòng)植物細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，該技術(shù)展現(xiàn)出強(qiáng)大的能力，成功實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)插入含有18800個(gè)堿基對(duì)的超大片段DNA、定向替換含有5000個(gè)堿基對(duì)的DNA序列、倒轉(zhuǎn)含有1200萬個(gè)堿基對(duì)的長染色體片段、刪除含有400萬個(gè)堿基對(duì)的長染色體片段，甚至移動(dòng)整條染色體等復(fù)雜操作。

“我們還利用這項(xiàng)技術(shù)，在水稻中精準(zhǔn)倒轉(zhuǎn)了含有31.5萬個(gè)堿基對(duì)的DNA片段，成功培育出抗除草劑的水稻種質(zhì)，有力證明了這項(xiàng)技術(shù)具有廣泛應(yīng)用前景。”論文通訊作者、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員高彩霞說，該技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)多基因疊加，還能操控改變基因組結(jié)構(gòu)，為作物性狀改良和遺傳疾病治療開辟新路徑，有望推動(dòng)新型育種策略以及合成生物學(xué)的發(fā)展。

對(duì)此，審稿人評(píng)價(jià)道：“這項(xiàng)工作代表了基因工程領(lǐng)域的重大突破，在育種和基因治療方面具有巨大的應(yīng)用潛力。”