Cell：我国科学家在真核细胞中实现百万碱基的精确基因组编辑

来源：100医药网 2025-08-29 13:28

关键技术突破包括：成功整合长达18.8 kb的大片段DNA、完成5 kb DNA序列的完全替换、实现12 Mb染色体倒位、4 Mb染色体删除以及全染色体易位。

中国研究团队开发出两种新型基因组编辑技术 可编程染色体工程技术（PCE系统）。该研究于8月4日在线发表于《细胞》期刊，实现了高等生物（尤其是植物）中从千碱基到兆碱基规模的多类型DNA操纵。这项研究由中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞（Gao Caixia）教授团队完成。

大量研究表明，位点特异性重组酶Cre-Lox系统在精确染色体操纵方面具有巨大潜力。但该技术的广泛应用长期受三大关键限制：由于Lox位点的固有对称性导致的逆向重组反应可能抵消预期编辑效果；Cre重组酶的四聚体特性使蛋白质工程改造困难，阻碍了活性优化；重组后残留的Lox位点可能影响编辑精确度。

研究团队针对这些挑战逐一突破，开发出创新解决方案。首先构建了高通量重组位点改造平台，提出非对称Lox位点设计策略，成功开发出新型Lox变体，在保持高效正向重组效率的同时，将逆向重组活性降低10倍以上（接近阴性对照本底水平）。

随后利用团队最新开发的AiCE模型（融合逆向折叠模型与结构进化约束的蛋白质定向进化系统），创建了重组酶工程方法AiCErec。通过对Cre蛋白多聚化界面进行精确优化，获得重组效率是野生型Cre的3.5倍的工程化变体。

最后设计了无疤痕编辑策略。借助先导编辑器（prime editor）的高效编辑能力，开发出Re-pegRNA方法：通过特殊设计的pegRNA对残留Lox位点进行再先导编辑，精确替换为原始基因组序列，实现无缝基因组修饰。

这三项创新技术的整合形成了PCE和RePCE两个可编程平台。这些平台支持不同Lox位点的插入位置和方向灵活编程，可在动植物细胞中实现千碱基至兆碱基尺度的精准无痕DNA操纵。

关键技术突破包括：成功整合长达18.8 kb的大片段DNA、完成5 kb DNA序列的完全替换、实现12 Mb染色体倒位、4 Mb染色体删除以及全染色体易位。

作为概念验证，研究人员运用该技术创建了具有315 kb精确倒位的抗除草剂水稻种质，展示了其在遗传工程和作物改良领域的变革性潜力。

这项开创性研究不仅突破了Cre-Lox系统的历史性局限，更为多种生物的精准基因组工程开启了新途径。（100yiyao.com）

参考文献：

Chao Sun et al, , Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.07.011.

Megabase-scale precision genome editing achieved in eukaryotic cells

https://phys.org/news/2025-08-megabase-scale-precision-genome-eukaryotic.html

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