在生命科学的前沿阵地，基因组编辑技术正引领一场革命，其精准度已堪比园艺师修剪枝叶般细腻，然而，对大片段DNA的编辑依然是一项棘手挑战。
近日，来自中国科学院遗传与发育生物学研究所的高彩霞团队，在国际顶级期刊《细胞》上发表了一项突破性研究成果。他们详细介绍了一种名为PCE的新型可编程技术，这项技术能够在真核生物基因组中实现从千碱基到兆碱基级别的“精确剪裁”，标志着大片段DNA编辑难题的重大突破。
PCE系统的诞生，如同一把精密的钥匙，解锁了基因组编辑的“尺度枷锁”。高彩霞研究员指出，该技术能够在植物和动物细胞中，对数百万碱基级别的DNA进行多种类型的精确操作，极大地拓展了真核生物基因组的编辑范围和能力。
面对大片段DNA编辑的核心难题——精准性、效率和尺度，研究团队通过三项关键技术创新，为PCE系统装上了“导航系统”。他们首先改造了位点特异性重组酶Cre-Lox系统，通过高通量快速改造平台，创造了新型Lox变体，实现了DNA片段的单向移动，有效避免了重组反应的可逆性问题。
研究团队还借助人工智能对Cre重组酶进行了“团队优化”。他们利用自主开发的新型蛋白质定向进化方法AiCE，对Cre蛋白的多聚化界面进行了精准优化，获得了重组效率提升3.5倍的工程化Cre蛋白变体，显著提高了其活性和工作效率。
为了进一步提高编辑的精准性，研究团队还开发了Re-pegRNA策略。这一策略如同一块智能橡皮擦，能够精准识别并消除重组后残留的特异性位点，从而确保了基因组编辑的精确无误。
PCE技术的突破，不仅为生命科学领域带来了革命性的变化，还为作物性状改良和遗传疾病治疗等应用领域开辟了新的道路。在传统育种中，优良性状往往与不良基因连锁遗传，如同捆绑销售。而PCE技术的出现，有望通过操纵遗传连锁和调控重组频率，实现育性控制，消除连锁累赘，充分释放野生种质资源中的优异等位基因。
目前，研究团队已经利用PCE技术成功创制了含有315千碱基精准倒位的抗除草剂水稻种质。在遗传疾病治疗领域，该技术也有望为染色体异常导致的疾病提供新的治疗策略。精准染色体编辑技术的突破还将加速人工染色体的构建，为合成生物学等新兴领域带来广阔的应用前景。
