2025屆高考生物二輪專題復習與測試板塊六生物技術(shù)與工程命題最前沿十二基因編輯技術(shù)及其應(yīng)用

[命題最前沿十二]基因編輯技術(shù)及其應(yīng)用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)能對基因進行定點編輯，其原理是由一條單鏈向?qū)NA(sgRNA)引導內(nèi)切核酸酶Cas9到一個特定的基因位點進行切割(如圖)。CRISPR復合體中的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，從而定向引導Cas9蛋白與靶向基因結(jié)合，并在特定位點切割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)點是可將目的基因定點插入所需位點，避免了因目的基因隨機插入宿主細胞DNA引起的生物安全性問題。CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)在基因治療、基因水平進行動植物的育種、研究基因的功能等方面有廣闊的應(yīng)用前景。1．研究發(fā)現(xiàn)，向?qū)NA能識別特殊的DNA序列，然后引導Cas9蛋白對DNA雙鏈進行切割。據(jù)下圖分析，下列敘述正確的是(A)A．向?qū)NA和雙鏈DNA含有的含氮堿基不完全相同B．虛線框內(nèi)的核苷酸序列徹底水解的產(chǎn)物是8種核苷酸C．Cas9蛋白不具有降低化學反應(yīng)活化能的作用D．合成Cas9蛋白的細胞結(jié)構(gòu)含有磷脂分子和核酸解析：RNA含有的4種含氮堿基是A、U、G、C，DNA含有的4種含氮堿基是A、T、G、C，A項正確；虛線框內(nèi)的核苷酸序列徹底水解的產(chǎn)物是磷酸、核糖、脫氧核糖和5種含氮堿基，B項錯誤；Cas9蛋白能對DNA進行切割，說明Cas9蛋白是一種酶，而酶具有降低化學反應(yīng)活化能的作用，C項錯誤；合成Cas9蛋白的細胞結(jié)構(gòu)是核糖體，核糖體含有rRNA，但核糖體沒有膜結(jié)構(gòu)，不含磷脂分子，D項錯誤。2．豬瘟病毒能與豬細胞膜上的LamR受體蛋白結(jié)合，進而侵入細胞引起豬瘟。利用基因編輯技術(shù)改變LamR受體蛋白基因，使LamR受體蛋白不能與豬瘟病毒正常結(jié)合，但不影響生理功能，從而培育出抗豬瘟病毒豬?；蚓庉嬙硎怯梢粭l人為設(shè)計的單鏈向?qū)NA(sgRNA)引導Cas9蛋白到特定的DNA位點進行切割，從而完成對目的基因的編輯。基因編輯過程如圖所示。下列敘述錯誤的是(B)A．培育抗豬瘟病毒豬，一般選擇受精卵作為基因編輯的受體細胞，這樣獲得的個體的所有細胞都無法被豬瘟病毒感染B．Cas9蛋白的功能是準確識別DNA特定序列并進行切割C．改造后的受體細胞經(jīng)培養(yǎng)發(fā)育到囊胚或桑葚胚時，可將其進行冷凍保存或胚胎移植D．通過基因編輯技術(shù)改造前后的兩種LamR基因是等位基因解析：培育抗豬瘟病毒豬，一般選擇受精卵作為基因編輯的受體細胞，改造后的受精卵開始進行胚胎發(fā)育，這樣獲得的個體的所有細胞都無法被豬瘟病毒感染，A正確；根據(jù)基因編輯的原理和題圖所示過程，單鏈向?qū)NA是通過堿基互補配對原則準確地識別并結(jié)合到DNA的特定位點，從而引導Cas9蛋白到達準確位置進行DNA的切割，B錯誤；改造后的受體細胞經(jīng)培養(yǎng)發(fā)育到囊胚或桑葚胚時，可將其進行胚胎移植或冷凍保存，C正確；通過基因編輯技術(shù)改造后的LamR基因與改造前的基因位置相同，控制的性狀不同，二者是等位基因，D正確。3．中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所李傳友團隊提出了一種利用多重基因編輯技術(shù)以紅果番茄(雙子葉植物)為材料，快速定向創(chuàng)制七種不同果色番茄材料的策略。該研究利用多重基因編輯系統(tǒng)靶向敲除了紅果番茄中控制三類色素合成或代謝的關(guān)鍵基因。下圖是科研人員用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)定點敲除目標基因的示意圖，請回答下列問題：(1)CRISPR/Cas9系統(tǒng)能精準識別相關(guān)基因，依據(jù)的原理是____________發(fā)生堿基互補配對；Cas9蛋白能使目標DNA中的______________(填化學鍵名稱)斷裂，從而實現(xiàn)對______________________________________________(填“DNA單鏈”“DNA雙鏈”“RNA單鏈”或“RNA雙鏈”)的剪切。若要插入其他基因，可以利用____________酶將它們連接起來。(2)研究人員將編輯好的基因?qū)敕训捏w細胞，常用的方法是____________。該方法的優(yōu)點是可以使目的基因進入植物細胞，并________________________________________________________________________________________，使目的基因的遺傳特性得以穩(wěn)定維持和表達。(3)含有編輯好的基因的番茄體細胞具有全能性，在一定的營養(yǎng)和激素等條件下，可以經(jīng)過____________的過程形成愈傷組織。當培養(yǎng)基中的______________________時，主要誘導根的形成。(4)五彩繽紛的水果和蔬菜不僅給人以美的視覺享受，還能提高消費者的購買欲。在培育彩色番茄的同時我們還需要考慮該策略對番茄的____________________(答出2點即可)等性狀的影響。答案：(1)向?qū)NA與目標DNA(或識別序列)磷酸二酯鍵DNA雙鏈DNA連接(2)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將其插入植物細胞中的染色體的DNA上(3)脫分化生長素含量高于細胞分裂素(4)單果重、單株產(chǎn)量、維生素C含量4．CRISPR/Cas9是一種高效的基因編輯技術(shù)，Cas9基因表達的Cas9蛋白像一把“分子剪刀”，在單鏈向?qū)NA(sgRNA)引導下，切割DNA雙鏈以敲除目標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。回答下列問題。(1)過程①中，為構(gòu)建CRISPR/Cas9重組質(zhì)粒，需對含有特定sgRNA編碼序列的DNA進行酶切處理，然后將其插入經(jīng)相同酶切處理過的質(zhì)粒上，插入時所需要的酶是_________________________________________。(2)過程②中，將重組質(zhì)粒導入大腸桿菌細胞的方法是_________________________________________________。(3)過程③～⑤中，sgRNA與Cas9蛋白形成復合體，該復合體中的sgRNA可識別并與目標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。(4)某種蛋白酶可高效降解羽毛中的角蛋白。科研人員將該蛋白酶基因插入CRISPR/Cas9質(zhì)粒中獲得重組質(zhì)粒，隨后將其導入大腸桿菌細胞，通過基因編輯把該蛋白酶基因插入基因組DNA中，構(gòu)建得到能大量分泌該蛋白酶的工程菌。據(jù)圖簡述CRISPR/Cas9重組質(zhì)粒在受體細胞內(nèi)，將該蛋白酶基因插入基因組DNA的編輯過程：____________________________。解析：(1)基因工程所需的工具酶有限制酶和DNA連接酶，限制酶負責切割，DNA連接酶負責連接，因此為構(gòu)建CRISPR/Cas9重組質(zhì)粒，需對含有特定sgRNA編碼序列的DNA進行酶切處理，然后將其插入經(jīng)相同酶切處理過的質(zhì)粒上，插入時所需要的酶是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锛毎靶枰肅a2＋處理細胞，使細胞處于一種能吸收周圍環(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)計的向?qū)NA，準確引導Cas9蛋白切割與sgRNA配對的靶基因DNA序列。Cas9蛋白能借助sgRNA分子與目標DNA進行特異性結(jié)合的原因在于sgRNA分子上的堿基序列與目標DNA分子上的堿基序列可以通過堿基互補配對原則，實現(xiàn)sgRNA與目標DNA特定序列的特定識別，進而定位；由此可見，Cas9蛋白在功能上屬于限制酶，可切割目標DNA特定的核苷酸序列。(4)根據(jù)圖示可知，CRISPR/Cas9重組質(zhì)粒在受體細胞內(nèi)進行轉(zhuǎn)錄和表達，轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物是sgRNA，表達的產(chǎn)物是Cas9蛋白，二者形成復合體，該復合體中的sgRNA可識別并與目標DNA序列特異性結(jié)合，引導Cas9蛋白切割目標DNA序列，從而將該蛋白酶基因插入基因組DNA中。答案：(