【助力 Nature】全式金生物助力开发高效定点基因写入工具—QuadPE

文章信息

文章题目：Quadruple pegRNA enables programmableand efficient large genomic insertion

期刊：Nature

发表时间：2026 年 4 月 22 日

主要内容：武汉大学医学研究院张楹教授与殷昊教授课题组联合在 Nature 期刊发表题为 Quadruple pegRNA enables programmableand efficient large genomic insertion 的研究论文。团队开发了一种高效的定点基因写入技术 QuadPE，该技术以可编程的方式高效地将千碱基级 DNA（1.6 至 26 kb）插入基因组中。区别于整合酶介导的插入，QuadPE 无需额外蛋白参与，通过一步法完成整合，显著提升了插入长度、效率及精准度，为基因治疗提供突破性的工具。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10395-w

使用TransGen产品：

pEASY^®-Basic Seamless Cloning and Assembly Kit (CU201)

Quadruple pegRNA enables programmableand efficient large genomic insertion

背景介绍

基因作为遗传信息的核心载体，负责存储和传递生命构建所需的全部指令，其特定区域的突变或功能缺陷可引发多种遗传病。目前，超过 95% 的遗传病尚无根治方法，多数患者长期面临严重健康风险和家庭负担。传统基因治疗多依赖病毒载体导入正常基因，但存在致癌风险及非整合载体疗效不持久等问题。CRISPR-Cas9 技术虽能高效诱导 DNA 双链断裂并实现小规模序列修复，却难以应对复杂多样的致病突变。因此，亟需开发高效的定点基因写入技术，实现完整功能基因的精准插入，以覆盖多种突变类型，提升基因治疗的普适性。

文章概述

定点基因写入是实现致病突变精准替换的理想策略，但现有系统存在插入片段长度和效率受限、依赖细胞周期等问题。先导编辑（PE）可在基因组定点生成 3' flap，团队前期发现，成对使用PE系统能产生互补的 3' flap，其构型决定编辑结果：PAM-out 构型促进两切口间序列重复（Cell, 2024），PAM-in 构型则实现目标序列精准插入并删除原有片段（Nature Methods, 2022）。为此，本研究提出通过设计 flap 末端与外源供体 DNA 互补配对，引导其按预设方向精准拼接，实现高效大片段定点整合。经系统性筛选 24 种组合，发现两对 PE 协同效果最优：一对以 PAM-in 或 PAM-out 构型靶向基因组产生 flapA/B，另一对靶向供体 DNA 生成互补的 flapC/D，引导供体定点整合。其中，基因组 PAM-out 设计效率较 PAM-in 提高约 1.5 倍，且环形供体优于线性，提示 PAM-out 可能模拟病毒或转座元件整合中在插入位点两端形成短片段重复序列的机制。

QuadPE 系统在多种细胞系（如 HEK293T、K562）的多个内源位点实现 1.6–9.5 kb 外源片段的高效插入，最高效率达 40%，在 Huh-7、Jurkat、Hepa1-6 及小鼠胚胎干细胞中同样表现稳定。进一步，QuadPE 可介导长达 15 kb 乃至 26 kb 的大片段 DNA 插入。与现有技术相比，插入 9.5 kb 时其效率较 eePASSIGE、eePASTE 和 evoCAST 分别提升约 11 倍、61 倍和 12 倍，且通过 GFP 报告基因验证了外源序列的稳定表达。细胞周期阻滞实验显示，QuadPE 在 G1 期和 G1/S 期仍能高效写入；在原代非分裂小鼠神经元中，4.6 kb 插入效率高达 12.5%，在原代人T细胞多个位点中最高编辑效率为 51%。精准性评估显示，正确整合比例约 96.7%，全基因组范围内未检测到明显脱靶插入。

综上，QuadPE 突破了传统技术在效率、长度及细胞周期依赖性方面的瓶颈，实现了无需外源整合酶的可编程大片段精准插入，在多种细胞类型中展现出高效、低脱靶的编辑性能，为高度异质性的遗传病提供了更具普适性的治疗策略。

全式金生物产品支撑

优质的试剂是科学研究的利器。全式金生物的无缝克隆试剂（CU201）用于构建 CRISPR 质粒。产品自上市以来，深受客户青睐，多次荣登知名期刊，助力科学研究。

pEASY^®-Basic Seamless Cloning and Assembly Kit (CU201)

本产品利用特殊的重组酶和同源重组的原理，可以将任意方法线性化后的载体和与其两端具有 15-25 bp 重叠区域的 PCR 片段定向重组，可以实现 1-5 个片段的高效无缝拼接。

产品特点

• 快速：仅需要 5~15 分钟反应时间。

• 支持多片段连接：最高可实现 5 个片段的无缝连接。

• 简单：不受片段酶切位点的影响，无需对片段酶切。

• 高效：阳性率达 95% 以上。

• 无缝：不引入额外的序列。

• 提供在线引物设计软件：智能在线工具，快速生成高特异性引物。

全式金生物的产品再度亮相 Nature 期刊，不仅是对全式金生物产品卓越品质与雄厚实力的有力见证，更是生动展现了全式金生物长期秉持的“品质高于一切，精品服务客户”核心理念。一直以来，全式金生物凭借对品质的执着追求和对创新的不懈探索，其产品已成为众多科研工作者信赖的得力助手。展望未来，我们将持续推出更多优质产品，期望携手更多科研领域的杰出人才，共同攀登科学高峰，书写科研创新的辉煌篇章。

使用 pEASY^® -Basic Seamless Cloning and Assembly Kit (CU201) 产品发表的部分文章：

• You L, Omollo E O, Yu C, et al. Structural basis for intrinsic transcription termination[J]. Nature, 2023.(IF 64.80)

• Huang J, Yang L, Yang L, et al. Stigma receptors control intraspecies and interspecies barriers in Brassicaceae[J]. Nature, 2023.(IF 64.80)

• Liu R, Yang J, Yao J, et al. Optogenetic control of RNA function and metabolism using engineered light-switchable RNA-binding proteins[J]. Nature biotechnology, 2022.(IF 54.90)

• Shi Y J, Ding Z Y, Wu Y, et al. Quadruple pegRNA enables programmable and efficient large genomic insertion[J]. Nature, 2026.(IF 48.50)

• An Bolin, Tang Tzu-Chieh, Zhang Q, et al. Synthetic circuits for cell ratio control Bolin[J]. Nature, 2026.(IF 48.50)

• Jiang L, Xie X, Su N, et al. Large Stokes shift fluorescent RNAs for dual-emission fluorescence and bioluminescence imaging in live cells[J]. Nature Methods, 2023.(IF 48.00)

• Wu M, Xu G, Han C, et al. lncRNA SLERT controls phase separation of FC/DFCs to facilitate Pol I transcription[J]. Science, 2021.(IF 47.73)

• Zhang R, He Z, Shi Y, et al. Amplification editing enables efficient and precise duplication of DNA from short sequence to megabase and chromosomal scale[J]. Cell, 2024.(IF 45.50)

• Bai X, Sun P, Wang X, et al. Structure and dynamics of the EGFR/HER2 heterodimer[J]. Cell Discovery, 2023.(IF 33.50)

• Lei X, Huang A, Chen D, et al. Rapid generation of long, chemically modified pegRNAs for prime editing[J]. Nature Biotechnology, 2024.(IF 33.10)

• Zou Z P, Du Y, Fang T T, et al. Biomarker-responsive engineered probiotic diagnoses, records, and ameliorates inflammatory bowel disease in mice[J]. Cell Host & Microbe, 2022.(IF 31.32)

• Zhang Y, Dai F, Chen N, et al. Structural insights into VAChT neurotransmitter recognition and inhibition[J]. Cell Research, 2024.(IF 28.10)