近日，崖州灣國家實驗室/中國科學院遺傳與發育生物學研究所李家洋院士團隊和北京大學現代農業研究院張華偉團隊合作在國際學術期刊《分子植物》在線發表重要研究成果，該研究開發了一種新型基因組編輯策略——“榫卯系統”。該系統在水稻中實現了16.30％—59.47％的精准插入與替換效率，為植物基因組精准編輯提供了新工具，相關研究成果為作物遺傳改良開辟了新路徑。

精准、無痕的DNA插入與替換是植物基因組編輯領域的核心挑戰，對作物育種技術升級、保障糧食安全具有重要意義。當前主流的精准編輯技術多數基於先導編輯系統，而該技術核心專利的集中持有形成了對我國育種產業發展的關鍵性技術壁壘，顯著制約了自主創新成果的產業化進程。

“榫卯系統”的設計靈感源於中國古建筑傳統木工榫卯結構，核心在於構建“榫頭”和“卯眼”的精准互補配對。研究團隊利用高彩霞團隊此前開發的精准DNA刪除系統中的APOBEC-Cas9-UDG/AP裂解酶復合體，在基因組目標位點產生獨特的雙鏈斷裂結構，即帶有單鏈或雙鏈5’-突出端的“卯眼”，同時設計帶有互補5’-粘性末端的雙鏈DNA供體作為“榫頭”，通過末端捕獲作用實現供體片段的精准插入或替換。

該系統展現出三大核心優勢：一是特異性強，可精准生成預期長度的粘性末端，有效避免非特異性編輯﹔二是適用性廣，無論是單TC基序還是多TC基序的目標位點，均可通過設計對應粘性末端的供體實現高效編輯﹔三是功能全面，既能完成小片段的精准插入，也能實現片段替換，且編輯事件可穩定遺傳給后代。

值得關注的是，“榫卯系統”在理論上具備大片段DNA編輯潛力。目前，研究團隊已針對“榫卯系統”的供體遞送效率、大片段供體制備等關鍵技術進行優化探索。未來通過結合新型遞送技術與供體修飾方法，有望進一步降低脫靶風險，實現基因組DNA大片段精准編輯，拓展該系統在更多作物中的應用場景。

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