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齐禾生科联合创始人高彩霞开发超大片段DNA精准无痕编辑新工具

齐禾生科

08/05

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基因组编辑作为生命科学领域的一项革命性突破，为基础研究和应用开发提供了强大的技术支撑。以CRISPR及其衍生技术(碱基编辑、引导编辑等)为代表的基因编辑系统已经能够实现高效的基因敲除，碱基的精准替换，小片段DNA的插入、删除等操作。2023年，齐禾生科联合开发的PrimeRootTM技术还首次实现了kb级别的大片段DNA在植物基因组上的定点整合，该技术也是《Nature》杂志评选的2024年度最值得关注的七大技术之一。

2025年8月4日，齐禾生科联合创始人、中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究员团队在Cell杂志上在线发表题为Iterative recombinase technologies for efficient and precise genome engineering across kilobase to megabase scales的研究论文，报道了一种新型可编程的染色体水平大片段DNA精准操纵技术PCE (Programmable Chromosome Engineering)。该技术作为PrimeRootTM技术的升级版，在动植物中实现了从千碱基到兆碱基级别DNA的多类型且精准无痕编辑，显著提升了真核生物基因组工程的操纵尺度和能力。

PCE系统在PrimeRootTM技术的基础上进一步实现了三方面的技术突破。首先，借助高通量重组位点快速改造平台，成功创制新型Lox位点变体，使Cre重组酶的可逆性重组活性降至接近阴性对照水平，同时保持原有的高效正向重组能力。其次，基于团队近期开发的融合蛋白通用逆折叠模型、结构与进化约束信息的蛋白定向进化平台AiCE (AI-informed Constraints for protein Engineering)，进一步发展了重组酶工程化方法AiCErec，成功获得重组效率提升至野生型3.5倍的Cre变体。第三，建立并优化了名为Re-pegRNA策略的重组酶无痕编辑策略，通过设计特异性pegRNA对重组后残留的Lox位点进行“重引导编辑”(re-prime editing)，从而巧妙地将其精准替换为原有基因组序列，实现“无痕编辑”。研究团队利用PCE系统，实现了从kb到Mb尺度的大片段DNA精准无痕操纵。在动植物细胞中，该平台成功完成18.8 kb的超大片段DNA的定点整合、5 kb序列的定向替换、12 Mb的染色体倒位、4 Mb的染色体删除及整条染色体的易位，并利用该技术创制了含315 kb精准倒位的抗除草剂水稻种质。

大片段 DNA 定点整合及染色体操纵技术，为生物育种及植物合成生物学研究提供前所未有的有力工具。齐禾生科正借助 PCE 和 PrimeRootTM 在内的大片段 DNA 编辑工具，着重在玉米等重要作物中，通过一次性在基因组中的安全港位点定点插入多个外源基因，从而实现多种重要性状的快速、稳定叠加。未来，齐禾生科将借助 PCE 和 PrimeRootTM 技术，持续拓展基因编辑在生物育种及植物合成生物学的产业化应用场景，助力破解全球粮食安全与农业可持续发展的双重命题。从推动主粮作物抗逆性与产量潜力的跨越式提升，到赋能经济作物品质改良与功能成分创新，齐禾生科持续以技术突破为支点，撬动农业生产方式的深层变革，助力我国在全球生物产业竞争中占据战略高地，为构建人类命运共同体贡献中国科技力量。