近日，國際頂級(jí)期刊Cell（IF ：42.5）發(fā)表了一篇題為《Functional RNA splitting drove the evolutionary emergence of type V CRISPR-Cas systems from transposons》的重磅研究。該研究由中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所團(tuán)隊(duì)完成，首次系統(tǒng)揭示了一類名為“TranC”的轉(zhuǎn)座子-CRISPR中間系統(tǒng)，并提出了“功能性RNA分裂”是驅(qū)動(dòng)V型CRISPR系統(tǒng)從轉(zhuǎn)座子中演化而來的關(guān)鍵機(jī)制。

CRISPR系統(tǒng)從何而來？

CRISPR-Cas系統(tǒng)是細(xì)菌和古菌的“適應(yīng)性免疫系統(tǒng)”，其核心蛋白如Cas9和Cas12已被廣泛用于基因編輯。長期以來，科學(xué)家認(rèn)為這些系統(tǒng)起源于轉(zhuǎn)座子（跳躍基因）的“馴化”。尤其是Cas12，被認(rèn)為是從轉(zhuǎn)座子編碼的TnpB蛋白演化而來。然而，這一演化過程的具體機(jī)制一直是個(gè)未解之謎。

核心發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新

本研究的突破性在于，它精準(zhǔn)地捕捉并證實(shí)了這一進(jìn)化過程的中間狀態(tài)，其核心發(fā)現(xiàn)可凝練為以下四點(diǎn)：

1.發(fā)現(xiàn)真正的進(jìn)化中間體

“TranC”系統(tǒng)：研究團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)新的多策略計(jì)算生物學(xué)挖掘，從海量基因組數(shù)據(jù)中鑒定出146個(gè)TranC（Transposon-CRISPR intermediate）蛋白。它們兼具祖先TnpB和后代Cas12的特征，在進(jìn)化樹上位于兩者之間，是名副其實(shí)的“過渡化石” 。

2.揭示“雙模”引導(dǎo)的功能過渡性

功能實(shí)驗(yàn)證實(shí)，TranC系統(tǒng)展現(xiàn)出獨(dú)特的“承前啟后”能力——它既能被祖先TnpB使用的reRNA引導(dǎo)，也能被典型CRISPR系統(tǒng)的 CRISPR RNA（由tracrRNA和crRNA組成）引導(dǎo)，進(jìn)行DNA切割，這一特性完美印證了其作為過渡態(tài)的身份。

3.冷凍電鏡直視“RNA分裂”的瞬間

研究通過高分辨率冷凍電鏡，首次解析了關(guān)鍵TranC蛋白與sgRNA、DNA的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)清晰地顯示，其引導(dǎo)RNA已經(jīng)呈現(xiàn)出由tracrRNA和crRNA組成的分離式架構(gòu)，但在結(jié)構(gòu)上又與祖先TnpB的單一reRNA高度相似，直觀展示了RNA正在“分裂”的中間狀態(tài)。

4.確立“RNA分裂”為關(guān)鍵進(jìn)化驅(qū)動(dòng)力

綜合進(jìn)化、結(jié)構(gòu)與功能證據(jù)，本研究強(qiáng)有力地證明，功能性RNA分裂是驅(qū)動(dòng)從轉(zhuǎn)座子系統(tǒng)向CRISPR適應(yīng)性免疫系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵一步。蛋白質(zhì)本身的改變并非主因，而是RNA指導(dǎo)機(jī)制的模塊化革新，催生了新的免疫功能

技術(shù)亮點(diǎn)：捕獲“缺失的一環(huán)”

• 計(jì)算生物學(xué)挖掘：結(jié)合序列、結(jié)構(gòu)與模體三種方法，精準(zhǔn)識(shí)別TranC候選系統(tǒng)。
• 冷凍電鏡結(jié)構(gòu)解析：首次解析LaTranC-sgRNA-DNA復(fù)合物結(jié)構(gòu)，揭示其與TnpB高度相似。
• 功能驗(yàn)證體系：在E. coli 和人類細(xì)胞中驗(yàn)證TranC系統(tǒng)的雙重引導(dǎo)RNA兼容性。

此項(xiàng)Cell 研究首次完整描繪了從轉(zhuǎn)座子到CRISPR系統(tǒng)的進(jìn)化路徑，將“RNA為中心”的進(jìn)化機(jī)制提升到新高度。所發(fā)現(xiàn)的TranC系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)緊湊、引導(dǎo)方式靈活，為開發(fā)新一代微型、可編程的基因編輯工具提供了寶貴的天然藍(lán)圖。

泓迅生物——精準(zhǔn)建庫與測序

在破解RNA結(jié)構(gòu)這一核心問題上，泓迅生物提供了重要的技術(shù)支持。泓迅生物的小RNA建庫技術(shù)，無偏好性地捕獲樣本中小RNA片段，并通過高精度測序，清晰繪制出tracrRNA和crRNA的完整序列圖譜及其成熟末端，鎖定了RNA分裂發(fā)生的具體位置。

泓迅生物專利的Syno?合成技術(shù)平臺(tái)，可以快速高效地實(shí)現(xiàn)sgRNA文庫構(gòu)建，并包裝成慢病毒混合文庫后轉(zhuǎn)染細(xì)胞。結(jié)合高通量/高內(nèi)涵篩選平臺(tái)，利用控制細(xì)胞存活、結(jié)合免疫染色、流式細(xì)胞術(shù)等手段篩選得到所需細(xì)胞，最終通過測序等方法推斷出發(fā)揮作用的靶基因。其核心能力涵蓋從基因合成、sgRNA優(yōu)化設(shè)計(jì)、到細(xì)胞基因編輯驗(yàn)證的全流程解決方案。

• 針對(duì)客戶需求的模式物種進(jìn)行sgRNA設(shè)計(jì)
• 自由選擇sgRNA表達(dá)載體，提供轉(zhuǎn)染級(jí)質(zhì)粒
• 提供從sgRNA設(shè)計(jì)、文庫構(gòu)建到高通量篩選的一站式服務(wù)

本研究正是基礎(chǔ)科研與前沿生物技術(shù)公司協(xié)同創(chuàng)新的典范——泓迅以精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)生成能力，助力科學(xué)家驗(yàn)證重大科學(xué)假說，共同推動(dòng)基因編輯工具的源頭創(chuàng)新與后續(xù)開發(fā)。

為什么選擇泓迅

領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢—AI密碼子優(yōu)化分析（專利技術(shù)）

更高的價(jià)值服務(wù)—合成生物學(xué)一站式解決方案

[1] Jin S, Zhu Z, Li Y,et al. Functional RNA splitting drove the evolutionary emergence of type V CRISPR-Cas systems from transposons. Cell. 2025 Oct 30;188(22):6283-6300.e22.