科学家揭示CRISPR系统起源的关键分子机制
文章导读
CRISPR基因编辑技术改写生命密码的起点终于揭晓！中科院团队历时七年攻关，首次捕捉到连接转座子与CRISPR系统的关键进化桥梁——TranC。这项重磅研究不仅填补了CRISPR起源的空白，更颠覆性揭示：驱动转座子演变为超级免疫系统的核心奥秘，竟在于RNA层面的功能性分裂与模块化创新，而非蛋白质结构剧变。这项登上《细胞》封面的突破，解开了长期困扰科学界的分子进化谜题，为追溯基因编辑工具的演化史提供了决定性证据。
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CRISPR-Cas系统是原核生物的获得性免疫系统。以Cas9和Cas12为效应蛋白的type II类和V类CRISPR系统已成为当前基因组编辑的重要工具，广泛应用于基础研究、医学和农业等多个领域。已有研究表明，Cas12起源于IS200/605和IS607转座子家族编码的TnpB核酸酶。从TnpB到Cas12的进化被认为是“多次独立起源”的转座子-免疫系统复杂进化事件。阐明CRISPR系统从转座子起源的分子机制，是该领域长期悬而未解的科学难题。
近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究团队、动物研究所研究员张勇，联合清华大学副教授刘俊杰，历经7年深入探索，首次发现并定义了连接转座子与CRISPR之间长期缺失的关键进化中间体，命名为TranC（Transposon-CRISPR intermediate），弥合了CRISPR进化历程中的缺口。
研究证实，TranC系统具有独特的“双RNA导向机制”。该机制不仅是TranC系统作为TnpB向Cas12演化中间体的重要功能标志，也为理解CRISPR系统的起源提供了关键证据。研究人员进一步通过实验模拟从TnpB到TranC的演化路径，验证了RNA分裂在CRISPR系统起源中的关键作用，首次明确指出RNA层面的功能性分裂与模块化创新，而非蛋白结构的根本性改变，是驱动转座子演变为CRISPR-Cas系统的核心分子机制。
相关研究成果发表在《细胞》（Cell）上。研究工作得到农业农村部项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等的支持。
TranC系统的发现揭示了CRISPR起源的关键分子机制
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