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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)。

據(jù)科技日?qǐng)?bào)5日?qǐng)?bào)道，來(lái)自中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所的科研人員，開(kāi)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(wàn)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(wàn)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(guò)整合三項(xiàng)創(chuàng)新系統(tǒng)性技術(shù)路徑，成功開(kāi)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(wàn)個(gè)堿基對(duì)的長(zhǎng)染色體片段、刪除含有400萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)的長(zhǎng)染色體片段，甚至移動(dòng)整條染色體等復(fù)雜操作。

PCE系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和精準(zhǔn)染色體編輯概述。中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所網(wǎng)站

“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(wàn)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?！闭撐耐ㄓ嵶髡摺⒅袊?guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員高彩霞說(shuō)，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(kāi)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。”

另?yè)?jù)中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所網(wǎng)站消息，該所高彩霞研究員為論文的通訊作者，博士后孫超、助理研究員李洪超和已畢業(yè)博士生劉怡靜為共同第一作者。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（農(nóng)業(yè)良種工程）、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部和新基石科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。