2025版高考生物一輪總復(fù)習(xí)選擇性必修3情境拓展9PCR和基因編輯技術(shù)課件

情境拓展九PCR和基因編輯技術(shù)熱點(diǎn)一PCR技術(shù)及其應(yīng)用情|境|鏈|接1．PCR技術(shù)與病毒檢測(cè)新冠病毒感染的常規(guī)檢測(cè)方法是通過(guò)實(shí)時(shí)熒光PCR鑒定。實(shí)時(shí)熒光PCR擴(kuò)增目的基因，需額外添加熒光標(biāo)記探針(一小段單鏈DNA，可與目的基因中部分序列特異性結(jié)合)。當(dāng)探針完整時(shí)，不產(chǎn)生熒光。在PCR過(guò)程中，與目的基因結(jié)合的探針被TaqDNA聚合酶水解，R與Q分離后，R發(fā)出的熒光可被檢測(cè)到(如圖甲)，通過(guò)實(shí)時(shí)熒光PCR檢測(cè)新冠病毒感染時(shí)，檢測(cè)到的熒光強(qiáng)度變化如圖乙。2．基因定點(diǎn)突變與基因改造重疊延伸PCR技術(shù)是一項(xiàng)重要的基因定點(diǎn)突變技術(shù)，其主要設(shè)計(jì)思路是用具有互補(bǔ)配對(duì)片段的引物(圖中的引物2和3，突起處代表與模板鏈不能互補(bǔ)的突變位點(diǎn))，分別進(jìn)行PCR，獲得有重疊鏈的兩種DNA片段，再在隨后的擴(kuò)增反應(yīng)中通過(guò)重疊鏈的延伸獲得想要的目的基因。水蛭素是一種蛋白質(zhì)，可用于預(yù)防和治療血栓。某科研團(tuán)隊(duì)運(yùn)用重疊延伸PCR技術(shù)在水蛭素基因中的特定位點(diǎn)引入特定突變，使水蛭素第47位的天冬酰胺(密碼子為AAC、AAU)替換為賴(lài)氨酸(密碼子為AAA、AAG)，從而提高水蛭素的抗凝血活性。原理如圖。針|對(duì)|訓(xùn)|練1．(2024·山東煙臺(tái)期中)熒光定量PCR技術(shù)可定量檢測(cè)樣本中某種DNA含量。其原理是：在PCR體系中每加入一對(duì)引物的同時(shí)加入一個(gè)與某模板鏈互補(bǔ)的熒光探針，熒光探針兩端分別標(biāo)記一個(gè)熒光發(fā)射基團(tuán)和一個(gè)熒光淬滅基團(tuán)，探針完整時(shí)，發(fā)射基團(tuán)發(fā)射的熒光信號(hào)被淬滅基團(tuán)吸收，熒光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接收不到熒光信號(hào)。當(dāng)耐高溫的DNA聚合酶催化子鏈延伸至探針處，會(huì)水解探針，使熒光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接收到熒光信號(hào)。即每擴(kuò)增一次，就有一個(gè)熒光分子生成(如圖所示)。相關(guān)敘述正確的是(

)CA．?dāng)U增過(guò)程中引物先于探針結(jié)合到模板DNA上B．在PCR系統(tǒng)中需加入解旋酶C．熒光信號(hào)積累越多，說(shuō)明PCR循環(huán)次數(shù)越多D．若擴(kuò)增n次，則其需要消耗2n－1個(gè)探針解析：

基因擴(kuò)增過(guò)程中需要特定的引物，該引物的作用是定位基因的位置，與模板鏈結(jié)合并為子鏈的延伸提供起點(diǎn)，擴(kuò)增過(guò)程中引物和探針應(yīng)同時(shí)結(jié)合到模板DNA上，A錯(cuò)誤；在PCR反應(yīng)系統(tǒng)中無(wú)需加入解旋酶，可通過(guò)高溫解旋DNA，B錯(cuò)誤；據(jù)題干信息“即每擴(kuò)增一次，就有一個(gè)熒光分子生成”可知，熒光信號(hào)積累越多，說(shuō)明PCR循環(huán)次數(shù)越多，C正確；據(jù)題干信息“在PCR反應(yīng)體系中每加入一對(duì)引物的同時(shí)加入一個(gè)與某模板鏈互補(bǔ)的熒光探針”，即每個(gè)DNA分子需要1個(gè)探針，擴(kuò)增n次，可得到2n個(gè)DNA分子，則共需要消耗2n－1個(gè)探針，D錯(cuò)誤。2．“X基因”是DNA分子上一個(gè)有遺傳效應(yīng)的片段，若要用PCR技術(shù)特異性地拷貝“X基因”，需在PCR反應(yīng)中加入兩種引物(注：引物的作用是與模板鏈形成雙鏈后在DNA聚合酶的作用下就可以繼續(xù)鏈的延伸)，兩種引物及其與模板鏈的結(jié)合位置如圖甲所示。經(jīng)4輪循環(huán)后產(chǎn)物中有5種不同的DNA分子，如圖乙所示，其中第⑤種DNA分子有(

)AA．8個(gè)

B．6個(gè)

C．4個(gè)

D．2個(gè)解析：第⑤種DNA分子是兩條鏈等長(zhǎng)的DNA分子，PCR擴(kuò)增時(shí)，若引物的結(jié)合位點(diǎn)位于DNA分子的內(nèi)部，則經(jīng)過(guò)n次循環(huán)后得到的兩條鏈等長(zhǎng)的DNA分子的數(shù)量為2n－2n。因此，經(jīng)4輪循環(huán)后，第⑤種DNA分子有24－2×4＝8個(gè)。熱點(diǎn)二基因編輯技術(shù)及其應(yīng)用情|境|鏈|接CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)能對(duì)基因進(jìn)行定點(diǎn)編輯，其原理是由一條單鏈向?qū)NA(SgRNA)引導(dǎo)內(nèi)切核酸酶Cas9到一個(gè)特定的基因位點(diǎn)進(jìn)行切割(如圖)。CRISPR復(fù)合體中的SgRNA的主要功能是與靶向基因(目的基因)上特定堿基序列互補(bǔ)，從而定向引導(dǎo)Cas9蛋白與靶向基因結(jié)合，并在特定位點(diǎn)切割DNA。CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)培育轉(zhuǎn)基因生物，與傳統(tǒng)的基因工程相比，其明顯優(yōu)點(diǎn)是可將目的基因定點(diǎn)插入所需位點(diǎn)，避免了因目的基因隨機(jī)插入宿主細(xì)胞DNA引起的生物安全性問(wèn)題。CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)在基因治療、基因水平進(jìn)行動(dòng)植物的育種、研究基因的功能等方面有廣闊的應(yīng)用前景。針|對(duì)|訓(xùn)|練3．CRISPR/Cas9系統(tǒng)由單鏈的向?qū)NA(SgRNA)和內(nèi)切核酸酶Cas9構(gòu)成，為高效獲得特定基因敲除的斑馬魚(yú)系，科研人員利用基因編輯技術(shù)(原理如圖所示)，用化學(xué)方法合成特定的SgRNA，與Cas9mRNA一起注射到斑馬魚(yú)細(xì)胞，篩選出特定基因敲除的斑馬魚(yú)。下列說(shuō)法正確的是(

)A．兩種RNA可通過(guò)顯微注射法導(dǎo)入斑馬魚(yú)的肌肉細(xì)胞B．圖中SgRNA通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)實(shí)現(xiàn)其引導(dǎo)功能C．Cas9mRNA能對(duì)斑馬魚(yú)特定基因位點(diǎn)進(jìn)行切割D．基因敲除后的斑馬魚(yú)的發(fā)育一定會(huì)發(fā)生異常B解析：用化學(xué)方法合成特定的SgRNA，與Cas9mRNA一起注射到斑馬魚(yú)細(xì)胞，兩種RNA通過(guò)顯微注射法導(dǎo)入斑馬魚(yú)的受精卵，不是肌肉細(xì)胞，A錯(cuò)誤；SgRNA通過(guò)與DNA的堿基互補(bǔ)配對(duì)完成對(duì)目標(biāo)DNA的識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)Cas9蛋白對(duì)DNA分子的定位，引導(dǎo)Cas9蛋白到DNA的特定基因位點(diǎn)進(jìn)行切割，B正確；Cas9蛋白能對(duì)基因位點(diǎn)進(jìn)行切割，Cas9mRNA不能切割基因，C錯(cuò)誤；如果敲除的基因是內(nèi)含子，則不會(huì)導(dǎo)致斑馬魚(yú)發(fā)育異常，D錯(cuò)誤。4．(2021·海南高考改編)CRISPR/Cas9是一種高效的基因編輯技術(shù)，Cas9基因表達(dá)的Cas9蛋白像一把“分子剪刀”，在單鏈向?qū)NA(SgRNA)引導(dǎo)下，切割DNA雙鏈以敲除目標(biāo)基因或插入新的基因。CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)的工作原理如圖所示?；卮鹣铝袉?wèn)題。(1)過(guò)程①中，為構(gòu)建CRISPR/Cas9重組質(zhì)粒，需對(duì)含有特定SgRNA編碼序列的DNA進(jìn)行酶切處理，然后將其插入到經(jīng)相同酶切處理過(guò)的質(zhì)粒上，插入時(shí)所需要的酶是______________。(2)過(guò)程②中，將重組質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞的方法是_____________。DNA連接酶Ca2＋處理法(3)過(guò)程③～⑤中，SgRNA與Cas9蛋白形成復(fù)合體，該復(fù)合體中的SgRNA可識(shí)別并與目標(biāo)DNA序列特異性結(jié)合，二者結(jié)合所遵循的原則是___________________。隨后，Cas9蛋白可切割__________________________序列。堿基互補(bǔ)配對(duì)原則目標(biāo)DNA特定的核苷酸(4)某種蛋白酶可高效降解羽毛中的角蛋白?？蒲腥藛T將該蛋白酶基因插入到CRISPR/Cas9質(zhì)粒中獲得重組質(zhì)粒，隨后將其導(dǎo)入到大腸桿菌細(xì)胞，通過(guò)基因編輯把該蛋白酶基因插入到基因組DNA中，構(gòu)建得到能大量分泌該蛋白酶的工程菌。據(jù)圖簡(jiǎn)述CRISPR/Cas9重組質(zhì)粒在受體細(xì)胞內(nèi)，將該蛋白酶基因插入到基因組DNA的編輯過(guò)程：______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。CRISPR/Cas9重組質(zhì)粒在受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物是SgRNA，表達(dá)的產(chǎn)物是Cas9蛋白，二者形成復(fù)合體，該復(fù)合體中的SgRNA可識(shí)別并與目標(biāo)DNA序列特異性結(jié)合，從而插入到基因組DNA中解析：(1)基因工程所需的工具酶有限制酶和DNA連接酶，限制酶負(fù)責(zé)切割，DNA連接酶負(fù)責(zé)連接，因此為構(gòu)建CRISPR/Cas9重組質(zhì)粒，需對(duì)含有特定SgRNA編碼序列的DNA進(jìn)行酶切處理，然后將其插入到經(jīng)相同酶切處理過(guò)的質(zhì)粒上，插入時(shí)所需要的酶是DNA連接酶。(2)大腸桿菌是原核生物，屬于微生物，將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞之前需要用Ca2＋處理細(xì)胞，使細(xì)胞處于一種能吸收周?chē)h(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)。(3)根據(jù)題圖可知，在CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)中，SgRNA是根據(jù)靶基因設(shè)計(jì)的引導(dǎo)RNA，準(zhǔn)確引導(dǎo)Cas9蛋白切割與SgRNA配對(duì)的靶基因DNA序列。Cas9蛋白能借助SgRNA分子與目標(biāo)DNA進(jìn)行特異性結(jié)合的原因在于SgRNA分子上的堿基序列與目標(biāo)DNA分子上的堿基序列可以通過(guò)堿基互