人工智能与精准农业 - 人工智能和机器人在精准农业转型中提供巨大机遇 可提高农作物产量 降低成本并促进可持续发展 [3] - 花朵形态特性如柱头凹陷阻碍了基于人工智能的机器人技术在杂交育种中的应用 [3] 作物-机器人协同设计 - 首次提出作物-机器人协同设计理念 通过基因编辑重新设计作物花型 创制"机器人友好"的结构型雄性不育系 [4] - 研制世界首台可自动巡航杂交授粉的智能育种机器人"吉儿"(GEAIR) 打破杂交育种和制种瓶颈 [4][5] - 基因组编辑技术与基于人工智能的机器人相结合 实现自动化F1杂交育种 效率与人工授粉相媲美 [5] 技术突破与应用 - 对ABC模型基因进行基因组编辑使番茄和大豆产生雄蕊外露的雄性不育花型 [6] - AI驱动的机器人实现异花授粉自动化 简化机器人杂交育种流程 [6] - 生物技术与基于AI的机器人结合 突破作物快速育种瓶颈 [6] - 在大豆中通过多重基因组编辑重现雄性不育 花朵柱头外露表型 可能开启机器人杂交育种新局面 [5] 研究价值 - GEAIR展示通过自动化快速培育气候适应型作物提高效率和降低成本的潜力 [8] - 作物-机器人协同设计策略为可持续精准农业提供解决方案 [6]

基因组编辑技术突破 - 中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队研发出新型可编程染色体编辑技术 该技术实现了从千碱基到兆碱基级别DNA的多类型精准操纵 显著提升真核生物基因组操纵能力[1] - 该技术突破了大片段DNA编辑的长期挑战 解决了数千至数百万碱基精准操纵的难题 相关成果发表于国际期刊《细胞》[1] - 技术应用包括多基因叠加编辑和基因组结构变异操控 为作物性状改良和遗传疾病治疗提供新路径[1] 技术应用前景 - 有望推动新型育种策略发展 例如通过操纵遗传连锁和调控重组频率实现育性控制[1] - 可消除连锁累赘 释放野生种质资源中优异等位基因的育种潜力[1] - 审稿人评价该技术代表基因工程领域重大突破 在育种和基因治疗方面具有巨大应用潜力[1]

基因组编辑技术发展 - 自CRISPR-Cas9技术问世后，碱基编辑器（BE）和先导编辑器（PE）被开发，分别用于单碱基转换和小片段编辑[2] - 先导编辑器因其灵活性和精准性，在细胞和基因治疗及疾病建模领域受到关注，但受限于编辑效率低的问题[2] AI驱动的技术突破 - 研究团队利用AI工具RFdiffusion设计出仅82个氨基酸的MLH1小型结合蛋白（MLH1-SB），通过抑制错配修复（MMR）通路显著提高PE效率[3][9] - AlphaFold3用于高效筛选候选蛋白，整个设计筛选过程仅耗时4天，大幅缩短研发周期[15] 先导编辑器优化架构 - PE2、PE3、PE5等架构通过逆转录酶和切口向导RNA（ngRNA）改进编辑效率，但MMR通路会阻碍编辑整合[6] - PE4通过递送MLH1dn蛋白抑制MMR，但仅对10bp以下片段有效[7] - PE6和PE7通过RNA假结结构或外切核酸酶保护因子增强pegRNA稳定性，进一步提升效率[7][8] 效率提升数据 - PE7-SB2系统在人类细胞中编辑效率比PEmax和PE7分别提高18.8倍和2.5倍，小鼠体内效率比PE7提高3.4倍[11] - MLH1-SB的紧凑结构（82氨基酸）优于传统MLH1dn蛋白（753氨基酸），更易整合到AAV和LNP递送系统中[11] 技术应用前景 - MLH1-SB与现有PE架构（PEmax、PE6、PE7）兼容，可开发PEmax-SB、PE6-SB等新平台[10][11] - 生成式AI工具的高效性（如RFdiffusion网页版）正改变基因组编辑领域的研究模式，加速疗法开发[15]

基因组编辑技术发展现状 - 基因组编辑技术作为生命科学领域的革命性突破，已广泛应用于特定碱基和短片段DNA的精准编辑，但大片段DNA编辑仍面临重大挑战，尤其是数千至数百万碱基的精准操纵[3] - 现有编辑工具在染色体水平的编辑效率、尺度、精准性及类型多样性等方面存在明显不足，难以实现大尺度基因组操纵[3] PCE技术突破 - 中国科学院高彩霞团队开发了新型可编程染色体编辑技术PCE，实现了从千碱基(kb)到兆碱基(Mb)级别DNA的多种精准无痕编辑，显著提升真核生物基因组操纵能力[4] - 研究团队通过三项关键技术突破制约：1) 开发高通量重组位点改造平台，创制可逆性重组活性降低的新型Lox变体 2) 利用AiCE平台优化Cre蛋白，重组效率提升3.5倍 3) 创建Re-pegRNA无痕编辑策略[6] - PCE系统在动植物细胞中实现多项突破性操作：18.8 kb片段定点整合、5 kb序列定向替换、12 Mb染色体倒位、4 Mb染色体删除及整条染色体易位，并创制含315 kb精准倒位的抗除草剂水稻种质[7] 技术应用前景 - PCE技术可操控基因组结构变异(SVs)，为作物性状改良和遗传疾病治疗开辟新路径，例如通过操纵遗传连锁实现育性控制、消除连锁累赘释放野生种质资源育种潜力[11] - 该技术将加速人工染色体构建，在合成生物学等新兴领域具有重要应用前景，被审稿人评价为"基因工程领域的重大突破"[11]

日本允许使用iPS细胞制作受精卵的研究 - 日本内阁府生命伦理专门调查会达成共识，允许在非生殖目的和科学合理性的前提下使用人类iPS细胞制作受精卵，培养期限设定为最长14天，并禁止移植到人类或动物子宫内 [1][2] - 该指导方针旨在通过研究受精卵的繁殖初期机制，帮助查明不孕症及遗传性疾病的病因 [1][2] - 使用iPS细胞制作受精卵相比传统使用不孕治疗过程中获得的受精卵更易获取，可能推动繁殖相关研究进展 [2] 日本在繁殖机制研究领域的领先地位 - 日本在小鼠实验中已成功使用iPS细胞制作卵子和精子，并培育出后代，京都大学教授斋藤通纪团队2011-2012年首次实现这一突破 [2][3] - 大阪大学教授林克彦团队2023年利用雄性小鼠iPS细胞制作出卵子并培育出后代 [3] - 京都大学斋藤教授团队2024年开发出利用人类iPS细胞大量制作卵子和精子前体细胞的技术 [3] 研究规则与伦理考量 - 日本2004年制定的"基本思路"将受精卵视为"特别应当被尊重的存在"，此次报告延续这一伦理立场 [3][4] - 仅允许在科学和社会必要的研究中制造受精卵，如提高体外受精成功率的不孕治疗研究 [4] - 14天培养限制是因为此时受精卵开始形成"原始线条"结构，标志人类器官或组织形成的开始 [4] 国际比较与未来展望 - 国际干细胞学会(ISSCR)指南允许在伦理审查下利用万能细胞制造受精卵研究，美国加州等地区已允许此类研究 [4] - 预计5年左右可实现利用人类iPS细胞制造精子和卵子 [3] - 基因组编辑技术应用于受精卵虽可能减少遗传性疾病风险，但也存在优生思想等伦理争议 [4]