文章信息
文章題目：Iterative recombinase technologies for efficient and precise genome engineering across kilobase to megabase scales
期刊：Cell
發(fā)表時(shí)間：2025 年 8 月 4 日
主要內(nèi)容：中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所高彩霞團(tuán)隊(duì)在 Cell 雜志上在線發(fā)表了題為“Iterative recombinase technologies for efficient and precise genome engineering across kilobase to megabase scales”的研究論文，系統(tǒng)報(bào)道了一種新型可編程的染色體水平大片段 DNA 精準(zhǔn)操縱技術(shù) PCE (Programmable Chromosome Engineering)。該技術(shù)在動植物中實(shí)現(xiàn)了從千堿基到兆堿基級別 DNA 的多種類型且精準(zhǔn)無痕的編輯，顯著提升了真核生物基因組的操縱尺度和能力。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.07.011
使用TransGen產(chǎn)品：
TransDetect? PCR Mycoplasma Detection Kit (FM311)
背景介紹
基因組編輯技術(shù)作為生命科學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)革命性突破，為基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。以 CRISPR 及其衍生技術(shù)為代表的基因編輯平臺，通過向?qū)?nbsp;RNA 精確引導(dǎo)核酸酶靶向基因組特定位點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于特定堿基和短片段 DNA 的精準(zhǔn)編輯。然而，大片段 DNA 編輯仍存在顯著技術(shù)瓶頸，尤其是數(shù)千至數(shù)百萬堿基規(guī)模的精準(zhǔn)操縱仍是領(lǐng)域內(nèi)亟待解決的核心難題。攻克這一技術(shù)壁壘將為基因組大尺度操作提供關(guān)鍵支持——包括基因關(guān)鍵區(qū)域的替換與修復(fù)、功能基因序列的完整插入、基因簇的刪減或重定位，以及人工構(gòu)建基因組結(jié)構(gòu)變異等。這一突破不僅能推動遺傳操作技術(shù)的革新，還將為疾病治療和作物改良領(lǐng)域帶來重大進(jìn)展。理想的大片段 DNA 編輯工具應(yīng)能實(shí)現(xiàn)染色體水平的多類型編輯，涵蓋精準(zhǔn)插入、替換、刪除、倒位和易位等操作。但現(xiàn)有工具在編輯效率、操作尺度、精準(zhǔn)度及功能多樣性等方面仍存在明顯不足。
文章概述
Cre-Lox 重組系統(tǒng)雖然具備染色體水平 DNA 編輯能力，但在實(shí)際應(yīng)用中受到三個(gè)關(guān)鍵問題的制約：首先，Lox 位點(diǎn)的對稱結(jié)構(gòu)導(dǎo)致重組反應(yīng)可逆，顯著降低了目標(biāo)編輯效率；其次，Cre 酶需要形成四聚體才能發(fā)揮作用，提升其活性的工程改造難度高；最后，重組后特異性位點(diǎn)殘留，影響編輯產(chǎn)物的精確性。
研究團(tuán)隊(duì)針對現(xiàn)有技術(shù)瓶頸制定了分步突破策略。首先，開發(fā)了高通量重組位點(diǎn)快速改造平臺，并提出不對稱 Lox 位點(diǎn)設(shè)計(jì)原則，成功創(chuàng)制新型 Lox 變體，其在保持高效正向重組能力的同時(shí)，將可逆重組活性顯著降低至接近陰性對照水平。其次，進(jìn)一步利用自主研發(fā)的融合蛋白通用逆折疊模型、結(jié)構(gòu)與進(jìn)化約束信息的蛋白定向進(jìn)化平臺 AiCE，對 Cre 蛋白的多聚化界面進(jìn)行精確改造，成功獲得了重組活性提高 3.5 倍的工程化 Cre 蛋白變體。最后，創(chuàng)建并優(yōu)化了重組酶的無痕編輯策略 Re-pegRNA，利用引導(dǎo)編輯器的高效編輯特性，通過設(shè)計(jì)特異性 pegRNA 對重組后殘留的 Lox 位點(diǎn)進(jìn)行“重引導(dǎo)編輯”（re-prime editing），將其精準(zhǔn)替換為原有基因組序列?；谶@些技術(shù)突破，研究團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)了 PCE 和 RePCE 兩大可編程染色體編輯系統(tǒng)，可對不同 Lox 位點(diǎn)的插入位置和方向進(jìn)行靈活編程，實(shí)現(xiàn)從 kb 到 Mb 尺度的大片段 DNA 精準(zhǔn)無痕操縱。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，該系統(tǒng)在動植物細(xì)胞中可高效完成多種基因組操作，包括 18.8 kb 大片段 DNA 的定點(diǎn)整合、5 kb 序列的定向替換、12 Mb 的染色體倒位、4 Mb 的染色體刪除及整條染色體的易位，并利用該技術(shù)創(chuàng)制了含 315 kb 精準(zhǔn)倒位的抗除草劑水稻種質(zhì)。
綜上，該研究開發(fā)了新型染色體編輯系統(tǒng) PCE，在動植物中實(shí)現(xiàn)了跨越 kb 到 Mb 級別的多類型染色體精準(zhǔn)操縱。該工具不僅能實(shí)現(xiàn)多基因疊加，還可通過操控基因組結(jié)構(gòu)變異，為作物性狀改良和遺傳疾病治療開辟新路徑。此外，該技術(shù)有望推動新型育種策略的發(fā)展，例如通過操縱遺傳連鎖、調(diào)控重組頻率實(shí)現(xiàn)育性控制，以及消除連鎖累贅，充分釋放野生種質(zhì)資源中優(yōu)異等位基因的育種潛力。精準(zhǔn)染色體編輯技術(shù)的突破將加速人工染色體構(gòu)建，在合成生物學(xué)等新興領(lǐng)域也有重要的應(yīng)用前景。
PCE 系統(tǒng)的開發(fā)和精準(zhǔn)染色體編輯概述
全式金生物產(chǎn)品支撐
優(yōu)質(zhì)的試劑是科學(xué)研究的利器。全式金生物的支原體檢測試劑盒（PCR法）（FM311）、氨芐青霉素（GG101）、卡那霉素（GG201）助力本研究。產(chǎn)品自上市以來，深受客戶青睞，多次榮登知名期刊，助力科學(xué)研究。
TransDetect? PCR Mycoplasma Detection Kit (FM311)
一款通過 PCR 方法檢測培養(yǎng)細(xì)胞等生物材料中的支原體，針對支原體 16S rRNA 序列保守區(qū)域設(shè)計(jì)特異引物，直接使用細(xì)胞培養(yǎng)液作為模板，特異性擴(kuò)增支原體 DNA。
產(chǎn)品特點(diǎn)
? 檢測靈敏度高、準(zhǔn)確性好。
? 特異性強(qiáng)，只擴(kuò)增支原體 DNA。
? 操作簡便，無需提取基因組 DNA。
Ampicillin (GG101)
Ampicillin 為青霉素的衍生物，可通過干擾細(xì)菌的細(xì)胞壁合成來殺死生長細(xì)胞。其抗性機(jī)制為抗性基因 (Bla) 特異性表達(dá)外周質(zhì)酶—β-內(nèi)酰胺酶，該酶可切割抗生素的 β-內(nèi)酰胺環(huán)。
Kanamycin (GG201)
卡那霉素 (kanamycin) 為一種殺菌劑，通過結(jié)合于 70S 核糖體，引起 mRNA 的錯(cuò)讀。其抗性機(jī)制為抗性基因 (Kan) 特異性表達(dá)氨基糖苷磷酸轉(zhuǎn)移酶，可修飾抗生素，抑制其與核糖體結(jié)合。
全式金生物的產(chǎn)品再度亮相 Cell 期刊，不僅是對全式金生物產(chǎn)品卓越品質(zhì)與雄厚實(shí)力的有力見證，更是生動展現(xiàn)了全式金生物長期秉持的“品質(zhì)高于一切，精品服務(wù)客戶”核心理念。一直以來，全式金生物憑借對品質(zhì)的執(zhí)著追求和對創(chuàng)新的不懈探索，其產(chǎn)品已成為眾多科研工作者信賴的得力助手。展望未來，我們將持續(xù)推出更多優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，期望攜手更多科研領(lǐng)域的杰出人才，共同攀登科學(xué)高峰，書寫科研創(chuàng)新的輝煌篇章。
使用 TransDetect? PCR Mycoplasma Detection Kit (FM311) 產(chǎn)品發(fā)表的部分文章：
? Sun C, Li H C, Liu Y J, et al. Iterative recombinase technologies for efficient and precise genome engineering across kilobase to megabase scales[J]. Cell, 2025.(IF 45.6)
? Liu J L, Yan X Q, Wu H, et al. RNA codon expansion via programmable pseudo uridine editing and decoding[J]. Nature, 2025.(IF 50.5)
? Fei H Y, LI Y J，Liu Y J, et al. Advancing protein evolution with inverse folding models integrating structural and evolutionary constraints[J]. Cell, 2025.(IF 45.6)
? Nian Z, Dou Y, Shen Y, et al. Interleukin-34-orchestrated tumor-associated macrophage reprogramming is required for tumor immune escape driven by p53 inactivation[J]. Immunity, 2024.(IF 25.5)
? Xu J, Liang Y, Li N, et al. Clathrin-associated carriers enable recycling through a kiss-and-run mechanism[J]. Nature Cell Biology, 2024.(IF 17.3)
? Wang J, An Z, Wu Z, et al. Spatial organization of PI3K-PI (3, 4, 5) P3-AKT signaling by focal adhesions[J]. Molecular Cell, 2024.(IF 14.5)
? Huang J, Lin Q, Fei H, et al. Discovery of deaminase functions by structure-based protein clustering[J]. Cell, 2023.(IF 65.00)
? Lei Z, Meng H, Liu L, et al. Mitochondrial base editor induces substantial nuclear off-target mutations[J]. Nature, 2022.(IF 69.50)
? Nian Z, Zheng X, Dou Y, et al. Rapamycin pretreatment rescues the bone marrow AML cell elimination capacity of CAR-T cells[J]. Clinical Cancer Research, 2021.(IF 11.4)
? Xu D, Zhao H, Jin M, et al. Modulating TRADD to restore cellular homeostasis and inhibit apoptosis[J]. Nature, 2020.(IF 50.5)
使用 Ampicillin (GG101) 產(chǎn)品發(fā)表的部分文章：
? Sun C, Li H C, Liu Y J, et al. Iterative recombinase technologies for efficient and precise genome engineering across kilobase to megabase scales[J]. Cell, 2025.(IF 45.6)
? Liu L, Zou L, Li K, et al. Template-independent genome editing in the Pcdh15av? 3j mouse, a model of human DFNB23 nonsyndromic deafness[J]. Cell Reports, 2022. (IF 9.995)
? Jin S, Fei H, Zhu Z, et al. Rationally designed APOBEC3B cytosine base editors with improved specificity[J]. Molecular cell, 2020.(IF 15.58)
使用 Kanamycin (GG201) 產(chǎn)品發(fā)表的部分文章：
? Sun C, Li H C, Liu Y J, et al. Iterative recombinase technologies for efficient and precise genome engineering across kilobase to megabase scales[J]. Cell, 2025.(IF 45.6)
? Gong T, Hu C Y, Zhang C Q, et al. Catalytic Mechanism of Gut Benzyl Ether Reductase for Efficient Bioconversion of Furofuran Lignans into Enterolignan Precursors[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2025. (IF 6.2)
? Jin S, Fei H, Zhu Z, et al. Rationally designed APOBEC3B cytosine base editors with improved specificity[J]. Molecular cell, 2020.(IF 15.58)
