本项研究PCE系统的开发和精准染色体编辑示意图。（中国科学院遗传发育所 供图）

在生命科学领域，基因组编辑技术的迅速发展和广泛应用，为基础研究和应用开发提供强大的技术支撑。不过，大片段DNA编辑一直面临重大挑战，对数千乃至数百万碱基的精准操纵更是基因编辑领域的核心难题，备受关注。

来自中国科学院遗传与发育生物学研究所的消息说，该所高彩霞研究员团队最新研发出一种新型可编程的染色体编辑技术（PCE）。该技术在动植物中实现了从千碱基到兆碱基级别DNA的多类型染色体精准操纵，显著提升了真核生物基因组的操纵尺度和能力。

利用大片段DNA精准操纵技术，研究人员不仅能实现多基因叠加编辑，还可通过操控基因组结构变异，为作物性状改良和遗传疾病治疗开辟新路径。同时，该技术有望推动新型育种策略的发展，例如通过操纵遗传连锁、调控重组频率实现育性控制，以及消除连锁累赘，充分释放野生种质资源中优异等位基因的育种潜力。此外，精准染色体编辑技术的突破将加速人工染色体构建，在合成生物学等新兴领域也有重要的应用前景。

这项攻克大片段DNA精准编辑的重要成果论文，北京时间4日深夜在国际知名学术期刊《细胞》上线发表。审稿人评价认为，中国团队发表的研究工作，代表了基因工程领域的重大突破，在育种和基因治疗方面具有巨大的应用潜力。

论文通讯作者高彩霞介绍说，以基因编辑工具CRISPR及其衍生技术为代表的编辑系统，通过可编程的向导RNA（核糖核酸）引导Cas9等核酸酶靶向基因组特定位点，已广泛应用于特定碱基和短片段DNA的精准编辑。但针对大片段DNA编辑，现有工具在编辑效率、尺度、精准性及类型多样性等方面仍存在明显不足。

研究团队发现，位点特异性重组酶（Cre-Lox）系统具有染色体水平DNA操纵潜力，其原理是在基因组中引入Lox序列后，由Cre重组酶介导Lox位点之间的DNA重组来实现全基因组范围内的遗传操纵，但Cre-Lox系统的应用受到3个关键问题的制约。

高彩霞指出，在本项研究中，研究团队构建出系统性技术路径，逐一突破3项限制，并通过技术的集成优化，成功构建PCE与RePCE两个可编程染色体编辑系统，可对不同Lox位点的插入位置和方向进行灵活编程，实现碱基从千比特（kb）到兆比特（Mb）尺度的大片段DNA精准无痕操纵。

研究团队表示，他们在动植物细胞中，利用新研发的系统已成功实现18.8kb超大片段DNA的定点整合、5kb序列的定向替换、12Mb的染色体倒位、4Mb的染色体删除及整条染色体的易位。他们还利用新型大片段DNA精准操纵技术，成功创制含315kb精准倒位的抗除草剂水稻种质，展示出其广泛应用前景。