中國網/中國發展門戶網訊（記者 王振紅）基因組編輯技術作為生命科學領域的一項革命性突破，為基礎研究和應用開發提供了強大的技術支撐。然而，大片段DNA編輯至今仍面臨重大挑戰，對數千乃至數百萬堿基的精準操縱更是領域的核心難題?，F有工具在編輯效率、尺度、精準性及類型多樣性等方面仍存在明顯不足。

2025年8月4日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所高彩霞團隊在國際學術期刊《細胞》在線發表論文，系統報道了一種新型可編程的染色體水平大片段DNA精準操縱技術PCE (Programmable Chromosome Engineering)。該技術首次在動植物中實現了從千堿基到兆堿基級別DNA的多種類型染色體精準操縱，顯著提升了真核生物基因組的操縱尺度和能力。

PCE系統的開發和精準染色體編輯示意圖。（中國科學院遺傳與發育生物學研究所供圖）

高彩霞研究團隊構建了PCE與RePCE兩個可編程染色體編輯系統，可對不同Lox位點的插入位置和方向進行靈活編程，實現從kb到Mb尺度的大片段DNA精準無痕操縱。

研究團隊構建了系統性技術路徑。首先，開發了高通量重組位點快速改造平臺，并提出不對稱Lox位點設計原則，成功創制新型Lox變體，保持高效重組效率的同時將可逆重組活性降低至陰性對照水平。其次，基于團隊此前自主開發的融合蛋白通用逆折疊模型、結構與進化約束信息的蛋白定向進化平臺AiCE，實現對Cre蛋白多聚化界面的精準優化，獲得重組效率提升至3.5倍的工程化Cre蛋白變體（AiCE成果已于7月7日在線發表在《細胞》雜志，并將與本研究成果以背靠背（back-to-back）形式于8月21日在《細胞》雜志正式刊出）。最后，研究團隊創建并優化了重組酶的無痕編輯策略Re-pegRNA，利用引導編輯器的高效編輯特性，通過設計特異性pegRNA對重組后殘留的Lox位點進行“重引導編輯”，將其精準替換為原有基因組序列。

利用該技術，研究人員不僅能實現多基因疊加編輯，還可通過操控基因組結構變異，為作物性狀改良和遺傳疾病治療開辟新路徑。此外，該技術有望推動新型育種策略的發展，例如通過操縱遺傳連鎖、調控重組頻率實現育性控制，以及消除連鎖累贅，充分釋放野生種質資源中優異等位基因的育種潛力。精準染色體編輯技術的突破將加速人工染色體構建，在合成生物學等新興領域也有重要的應用前景。研究團隊還利用該技術成功創制了含315 kb精準倒位的抗除草劑水稻種質，展示了其廣泛應用前景。

中國科學院遺傳與發育生物學研究所高彩霞研究員為該論文的通訊作者，博士后孫超、助理研究員李洪超和已畢業博士生劉怡靜為共同第一作者。