阅读以下材料,回答(1)〜(5)。
基因魔剪:CRISPR/Cas系统
要揭示生命的运作原理,常需要对基因进行编辑。在过去,这一步异常艰难。但随着CRISPR/Cas技术的出现,科学家已能在极短时间内就更改生命密码。
CRISPR/Cas9系统由Cas9蛋白和人工设计的gRNA构成。在gRNA引导下,Cas9与靶序列结合并将DNA双链切断。随后细胞通过自身的DNA损伤修复机制,将断裂上下游两端的序列连接起来,但通常会在断裂处造成少量核苷酸的插入或缺失。当DNA双链断裂后,如果细胞中有DNA修复模板(由需要插入的目的基因和靶序列上下游的同源序列组成),断裂部分可依据修复模板进行精确修复,从而将目的基因描入到指定位点。
通过在Cas9基因中引入突变,获得了只有切割一条链活性的nCas9。将nCas9与胞嘧啶脱氨酶或腺嘌呤脱氨酶融合,科学家开发出了单碱基编辑技术(图2),能够对靶位点进行精准的碱基编辑,最终可以分别实现C→T(G→A)或A→G(T→C)的碱基替换。
(1)利用CRISPR/Cas9技术进行基因编辑,需构建含gRNA基因和Cas基因的___________ ,并导入受体细胞。gRNA依据___________ 原则与靶序列特异性结合,引导Cas9蛋白进行切割。
(2)有些遗传病是由于基因中一个碱基对的改变引起的,如果要修正此基因突变,图示的三种途径中,哪种更为合适?__________ 请判断并说明理由__________ 。
(3)如果要利用CRISPR/Cas9技术将一个基因从基因组序列中删除,设计gRNA的思路是___________ 。
(4)将CRISPR/Cas9技术用于抑制基因转录时(不改变基因结构),需对CRISPR/Cas9系统进行改造和设计,请写出基本思路__________ 。。
(5)将CRISPR/Cas技术应用于人类基因的编辑时,特别要注意___________ 方面的问题。
基因魔剪:CRISPR/Cas系统
要揭示生命的运作原理,常需要对基因进行编辑。在过去,这一步异常艰难。但随着CRISPR/Cas技术的出现,科学家已能在极短时间内就更改生命密码。
CRISPR/Cas9系统由Cas9蛋白和人工设计的gRNA构成。在gRNA引导下,Cas9与靶序列结合并将DNA双链切断。随后细胞通过自身的DNA损伤修复机制,将断裂上下游两端的序列连接起来,但通常会在断裂处造成少量核苷酸的插入或缺失。当DNA双链断裂后,如果细胞中有DNA修复模板(由需要插入的目的基因和靶序列上下游的同源序列组成),断裂部分可依据修复模板进行精确修复,从而将目的基因描入到指定位点。
通过在Cas9基因中引入突变,获得了只有切割一条链活性的nCas9。将nCas9与胞嘧啶脱氨酶或腺嘌呤脱氨酶融合,科学家开发出了单碱基编辑技术(图2),能够对靶位点进行精准的碱基编辑,最终可以分别实现C→T(G→A)或A→G(T→C)的碱基替换。
(1)利用CRISPR/Cas9技术进行基因编辑,需构建含gRNA基因和Cas基因的
(2)有些遗传病是由于基因中一个碱基对的改变引起的,如果要修正此基因突变,图示的三种途径中,哪种更为合适?
(3)如果要利用CRISPR/Cas9技术将一个基因从基因组序列中删除,设计gRNA的思路是
(4)将CRISPR/Cas9技术用于抑制基因转录时(不改变基因结构),需对CRISPR/Cas9系统进行改造和设计,请写出基本思路
(5)将CRISPR/Cas技术应用于人类基因的编辑时,特别要注意
20-21高三上·北京·期末 查看更多[3]
北京市西城区2020-2021学年高三上学期期末生物试题(已下线)热点06 基因编辑技术-2022年高考生物【热点·重点·难点】专练(北京新高考新题型)北京市一六一中2023-2024学年高三上学期期中生物试题
更新时间:2021-01-24 20:25:36
|
相似题推荐
非选择题-解答题
|
困难
(0.15)
名校
【推荐1】血凝素基因(HA)编码的血凝素是构成流感病毒囊膜纤突的主要成分。成熟的血凝素包含HA1和HA2两个亚单位,其中HA1含有病毒与受体相互作用的位点。IgGFc基因片段(长度为717bp)编码人IgG抗体中的一段小肽,常作为融合蛋白标签。蛋白质分泌依赖于信号肽的引导,本研究中用信号肽Ⅱ-2SS代替HA自身信号肽,科研人员尝试构建IL-2SS/HA1/IgG Fc融合蛋白表达载体,并导入大肠杆菌表达和分泌,请回答:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/12/2/e15cf26d-fee6-4d6c-b3be-f345d637e76e.png?resizew=532)
(1)流感病毒囊膜主要由_____________ 组成,囊膜上血凝素的合成场所在_____________ 。
(2)本实验用信号肽Ⅱ-2SS代替HA自身信号肽有利于_____________ ,PCR扩增目的基因时应该选择图中引物_____________ 。
(3)设计引物时,不能包含基因HA1的终止密码子的编码序列,原因是_____________ 。引物序列的长度及_____________ 直接影响着PCR过程中退火温度的设定。
(4)应选择限制酶_____________ 来切割质粒A,然后直接将PCR产物与质粒A混合,同时加入_____________ 酶,使得目的基因与质粒A相连。若目的基因与质粒A正向连接,用BamHI和SacI同时切割重组质粒,完全酶切后的产物的长度约为_____________ bp。
(5)融合蛋白中的标签蛋白有利于目的蛋白的分离和纯化,基因工程生产HA1作为疫苗时,选择人IgGFc作为标签的优点还有_____________ 。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/12/2/e15cf26d-fee6-4d6c-b3be-f345d637e76e.png?resizew=532)
(1)流感病毒囊膜主要由
(2)本实验用信号肽Ⅱ-2SS代替HA自身信号肽有利于
(3)设计引物时,不能包含基因HA1的终止密码子的编码序列,原因是
(4)应选择限制酶
(5)融合蛋白中的标签蛋白有利于目的蛋白的分离和纯化,基因工程生产HA1作为疫苗时,选择人IgGFc作为标签的优点还有
您最近一年使用:0次
非选择题-解答题组
|
困难
(0.15)
【推荐2】草甘膦是一种除草剂,但会影响水稻产量。水稻产量与高产基因有关,研究人员拟采用农杆菌转化法对水稻高产基因进行定位,并进一步培育能稳定遗传的抗草甘膦高产水稻新品种。回答下列问题:
Ⅰ.水稻高产基因定位水稻穗粒数可影响水稻产量。农杆菌 Ti质粒的 T-DNA 可以转移并随机插入野生型水稻基因组中(可在基因组单一位点插入也可以同时插入多个位点),导致被插入的基因功能丧失,从而得到一系列水稻突变体。研究者从中筛选得到一株穗粒数异常突变体,并进行下列研究。
(1)提取 DNA。采集适量突变体和野生型水稻的幼嫩叶片,分别冷冻后研磨成粉末状,依次加入SDS、RNA酶等试剂,去除蛋白质和____ 等大分子杂质。提取过程中需加入____ 酶抑制剂并保持轻柔操作,以避免____ ,从而提高总 DNA提取率。
(2)PCR扩增。对提取获得的两组总DNA分别进行PCR 扩增。为避免外源DNA等因素的污染,微量离心管、枪头和蒸馏水等在 PCR 前需进行____ 处理。可以通过在紫外灯下直接观察电泳结果中DNA条带的____ 及粗细程度来评价扩增是否成功。
(3)结果鉴定。分别用EcoRI、Hind Ⅲ、BamHI三种限制酶处理突变体总DNA 扩增产物,处理后进行电泳,并与野生型 DNA 和 Ti质粒对照。电泳后的 DNA 与含放射性同位素标记的 DNA 探针(T-DNA的一条单链) 进行杂交,得到突变体总 DNA 不同酶切处理后的放射性检测结果如图1所示。____ 的片段长度不同,因此各组 DNA片段在凝胶中电泳时的____ 不同,最终导致分布于不同位置。
②若杂交结果显示突变体在不同限制酶处理时均出现杂交带,野生型组____ (填“有”或“无”) 杂交带, Ti质粒组____ (填“有”或“无”) 杂交带,则表明T-DNA 成功插入水稻染色体基因组中,且可判断突变体为T-DNA____ 位点插入,依据是____ 。(注:T-DNA 上没有 EcoRI、HindⅢ、BamHI三种限制酶的酶切位点)。
(4)用某种限制酶处理突变体的DNA(如图2所示),断开DNA 分子中的____ 个磷酸二酯键,再用____ 将两端的黏性末端连接成环,以此为模板,利用下表中的引物①②进行 PCR,扩增出____ 序列,扩增产物____ (填“不含”或“含”)T-DNA 完整序列。经过与野生型水稻基因组序列比对,确定T-DNA 插入2号染色体上的B基因中。
(5)研究发现,该突变体产量明显低于野生型,据此推测 B基因可____ (填“促进”或“抑制”) 水稻穗粒的形成,可控制高产性状。
Ⅱ.抗草甘膦高产水稻培育,研究者构建如图3所示的Ti表达载体,采用农杆菌转化法将抗草甘膦基因R 和基因B转入野生型水稻中,培育稳定遗传的抗草甘膦高产水稻新品种。____ 结构、生物界共用一套____ 等。
(7)根据基因表达载体的结构组成分析,Ti质粒中的CaMV35S 是____ ,其功能是____ 酶的识别和结合部位。Ti 表达载体中,B基因和R基因转录的模板链的方向____ (填“相同”或“相反”)。
(8)现需选出单一位点插入R基因和B基因且稳定遗传的水稻新品种,筛选方案如下:
①转基因后的水稻植株自交,收获种子(F₁) 并播种在含____ 的选择培养基上,若能够萌发并生长的个体即为____ 的个体;
②F₁存活个体自交所得种子(F₂) 按单株收种并播种于选择培养基上,选择存活率约____ 的培养基中的幼苗继续培养获得F₂植株;
③将F₂植株自交所得种子(F₃)按单株收种并播种于选择培养基上,选择种子全部存活的培养基中的幼苗即为单一位点插入且____ 的抗草甘膦植株。
④为实现最终育种目标,研究人员还需检测____ 。
Ⅰ.水稻高产基因定位水稻穗粒数可影响水稻产量。农杆菌 Ti质粒的 T-DNA 可以转移并随机插入野生型水稻基因组中(可在基因组单一位点插入也可以同时插入多个位点),导致被插入的基因功能丧失,从而得到一系列水稻突变体。研究者从中筛选得到一株穗粒数异常突变体,并进行下列研究。
(1)提取 DNA。采集适量突变体和野生型水稻的幼嫩叶片,分别冷冻后研磨成粉末状,依次加入SDS、RNA酶等试剂,去除蛋白质和
(2)PCR扩增。对提取获得的两组总DNA分别进行PCR 扩增。为避免外源DNA等因素的污染,微量离心管、枪头和蒸馏水等在 PCR 前需进行
(3)结果鉴定。分别用EcoRI、Hind Ⅲ、BamHI三种限制酶处理突变体总DNA 扩增产物,处理后进行电泳,并与野生型 DNA 和 Ti质粒对照。电泳后的 DNA 与含放射性同位素标记的 DNA 探针(T-DNA的一条单链) 进行杂交,得到突变体总 DNA 不同酶切处理后的放射性检测结果如图1所示。
②若杂交结果显示突变体在不同限制酶处理时均出现杂交带,野生型组
(4)用某种限制酶处理突变体的DNA(如图2所示),断开DNA 分子中的
T-DNA序列 | 引物序列 |
5ˊ-AACTATGCGC…….CGTAGCCTAT-3ˊ | ①5ˊ-GCGCATAGTT-3ˊ |
3ˊ-TTGATACGCG…….GCATCGGATA-5ˊ | ②5ˊ-CGTAGCCTAT-3ˊ |
(5)研究发现,该突变体产量明显低于野生型,据此推测 B基因可
Ⅱ.抗草甘膦高产水稻培育,研究者构建如图3所示的Ti表达载体,采用农杆菌转化法将抗草甘膦基因R 和基因B转入野生型水稻中,培育稳定遗传的抗草甘膦高产水稻新品种。
(7)根据基因表达载体的结构组成分析,Ti质粒中的CaMV35S 是
(8)现需选出单一位点插入R基因和B基因且稳定遗传的水稻新品种,筛选方案如下:
①转基因后的水稻植株自交,收获种子(F₁) 并播种在含
②F₁存活个体自交所得种子(F₂) 按单株收种并播种于选择培养基上,选择存活率约
③将F₂植株自交所得种子(F₃)按单株收种并播种于选择培养基上,选择种子全部存活的培养基中的幼苗即为单一位点插入且
④为实现最终育种目标,研究人员还需检测
您最近一年使用:0次
非选择题-解答题
|
困难
(0.15)
名校
【推荐3】PCR定点突变技术是最常用的基因突变技术,通过定点诱变可以在体外改造DNA分子。重叠延伸PCR是发展最早的PCR定点突变技术,操作过程如图1,可通过测序检验定点突变是否成功。现欲将改造后的基因构建重组质粒导入大肠杆菌,质粒结构如图2。回答下列问题:______ ;在第1对引物组成的反应系统和第2对引物组成的反应系统中各进行一次复制,共产生______ 种DNA分子;此过程不能将两对引物共置于同一反应系统中,原因是______ 。
(2)图1所示DNA分子不能延伸,原因是______ 。
(3)分析图1和图2,要将突变的基因定向插入质粒并构建表达载体,应如何设计通用引物FP1和通用引物RP2?____________ 。
(4)为筛选出含有目的基因的大肠杆菌,通常采用影印法(使用无菌的线毡市压在培养基A的菌落上,带出少许菌种,平移并压在培养基B上、结果如图3)。培养基A中应添加______ ,培养基B中应添加______ ,含有重组质粒的菌落是______ (填写数字),原因是____________ 。
(2)图1所示DNA分子不能延伸,原因是
(3)分析图1和图2,要将突变的基因定向插入质粒并构建表达载体,应如何设计通用引物FP1和通用引物RP2?
(4)为筛选出含有目的基因的大肠杆菌,通常采用影印法(使用无菌的线毡市压在培养基A的菌落上,带出少许菌种,平移并压在培养基B上、结果如图3)。培养基A中应添加
您最近一年使用:0次
非选择题-实验题
|
困难
(0.15)
【推荐1】CCR5是人体的正常基因,其编码的细胞膜CCR5蛋白是HIV-Ⅰ(人类免疫缺陷病毒Ⅰ型)感染的“入口”。有学者用“CRISPR/Cas9”技术对该基因进行定点编辑后植入志愿者体内,诞生了两位婴儿。这就是学术界和社会伦理界引起激烈争论的“基因编辑婴儿”事件请分析回答:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/3/26/2169081785851904/2172843539644416/STEM/3af7c43f25814c98a511b3a0c96f9fef.png?resizew=529)
(1)将Cas9蛋白和向导RNA序列注入受精卵的方法称为________ 。据图推测,“CRISPR/Cas9”技术中,首先由________ 引导定位至目标DNA序列,然后由Cas9蛋白将DNA切断。这两种物质的作用结果类似于基因工程中________ 的作用。基因编辑过程中可能会产生“脱靶”(对CCR5基因以外的其他基因进行了编辑)现象,最可能的原因是________________________________________________________________________ 。
(2)细胞对被切断的DNA进行重新连接前大都会随机切掉或增加几个碱基对,此过程导致的变异属于________ 。胚胎2的两个变异CCR5基因编码的蛋白质中,氨基酸数目都可能减少,原因是____________________________ 。变异的CCR5蛋白无法装配到细胞膜上,从而实现了________________________________________________________________________ 。
(3)CRISPR/Cas9基因编辑技术是一种精准改变目标DNA序列的技术。下列现代生物科技中与该技术最接近的是________ 。
A.转基因技术 B.蛋白质工程 C.细胞核移植 D.胚胎工程
(4)现今基因编辑技术门槛低,很多人在实验室里都可以做,如果不及时制止,就有泛滥的可能性。基因编辑婴儿事件,在社会上引起了激烈的争论,从科研工作者应具备的科学道德、科学精神来思考,你应持有的正确观点是________________________________________________________________________ 。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/3/26/2169081785851904/2172843539644416/STEM/3af7c43f25814c98a511b3a0c96f9fef.png?resizew=529)
(1)将Cas9蛋白和向导RNA序列注入受精卵的方法称为
(2)细胞对被切断的DNA进行重新连接前大都会随机切掉或增加几个碱基对,此过程导致的变异属于
(3)CRISPR/Cas9基因编辑技术是一种精准改变目标DNA序列的技术。下列现代生物科技中与该技术最接近的是
A.转基因技术 B.蛋白质工程 C.细胞核移植 D.胚胎工程
(4)现今基因编辑技术门槛低,很多人在实验室里都可以做,如果不及时制止,就有泛滥的可能性。基因编辑婴儿事件,在社会上引起了激烈的争论,从科研工作者应具备的科学道德、科学精神来思考,你应持有的正确观点是
您最近一年使用:0次
非选择题-解答题
|
困难
(0.15)
【推荐2】为培育香型抗稻瘟病水稻,研究者利用 CRISPR-Cas9 基因编辑技术(机理如图1),将含有Cas9和gRNA基因的表达载体(如图2)导入水稻,定向敲除香味抑制基因Badh2、感稻瘟病基因Pi21。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/7/14/bf755ad5-cf77-44b3-b76c-4030f4248927.png?resizew=498)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/7/14/79ed8a16-1db0-47a4-8b32-c1a7ac1bd73c.png?resizew=499)
(1)CRISPR-Cas9系统能精准敲除靶基因,其作用机理是gRNA与靶基因进行____ ;Cas9蛋白可催化____ (填化学键名称)水解,剪切特定DNA片段,被切割的DNA修复时会引起____ (变异类型),导致基因失活。
(2)研究者用农杆菌转化法将CRISPR-Cas9表达载体导入水稻愈伤组织。为筛选成功导入表达载体的水稻愈伤组织,培养基中需加入____ 。
(3)为研究水稻的靶点突变情况,提取____ ,并设计____ ,进行PCR扩增并测序分析,获得Pi21-Badh2双基因突变杂合株系。
(4)将Pi21-Badh2双基因突变杂合株系____ ,以获得不含转基因成分(无T-DNA)的纯合突变植株。
①子代中,Pi21-Badh2双基因突变纯合子的概率为1/16,则两基因的位置关系为:____ 。
②对纯合突变植株利用Cas9的引物进行扩增,结果如下图,应选取植株____ 对突变基因做进一步的功能鉴定。从生物安全的角度,阐明选择的理由:____ 。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/7/14/bf755ad5-cf77-44b3-b76c-4030f4248927.png?resizew=498)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/7/14/79ed8a16-1db0-47a4-8b32-c1a7ac1bd73c.png?resizew=499)
(1)CRISPR-Cas9系统能精准敲除靶基因,其作用机理是gRNA与靶基因进行
(2)研究者用农杆菌转化法将CRISPR-Cas9表达载体导入水稻愈伤组织。为筛选成功导入表达载体的水稻愈伤组织,培养基中需加入
(3)为研究水稻的靶点突变情况,提取
(4)将Pi21-Badh2双基因突变杂合株系
①子代中,Pi21-Badh2双基因突变纯合子的概率为1/16,则两基因的位置关系为:
②对纯合突变植株利用Cas9的引物进行扩增,结果如下图,应选取植株
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/7/14/89da3387-0672-4d47-9018-7bca6838618f.png?resizew=360)
您最近一年使用:0次
非选择题-实验题
|
困难
(0.15)
名校
解题方法
【推荐3】为研究果蝇K基因的功能,科研人员运用CRISPR基因编辑技术“敲除”了K基因。_____ 原则结合,Cas9酶能将与之结合的双链DNA切割,如图1所示。Cas9酶与基因工程使用的限制酶作用的差异是_____ 。
(2)为后续筛选K基因“敲除”的果蝇,在K基因DNA断裂位点插入红色荧光蛋白基因(RFP)需提供携带有红色荧光蛋白基因的供体质粒。
①应选用_____ 处理图2所示的质粒和红色荧光蛋白基因,以构建供体质粒,同时避免质粒自连。
②将Cas9酶基因、向导RNA基因和供体质RFP基因粒导入果蝇的_____ 中,若检测到红色荧光,则表明K基因可能被成功“敲除”,该受精卵发育成的果蝇即为F₀代果蝇。
(3)为确认K基因是否被成功“敲除”,科研人员进行了如下实验:_____ 或_____ (长度单位:kb),出现这两种情况的原因是_____ 。
②近年来,科研人员又发现了一种检测基因的方法——Cas12a酶法。该酶类似Cas9能够在向导RNA的作用下,在特定位点剪切目标DNA之后,还发挥非定向切割单链DNA的功能(如图)。用该方法检测敲除是否成功并排除“脱靶”的方法是:利用_____ 序列设计向导RNA,取待检测细胞克隆导入_____ 和报告分子,观测指标是_____ 。_____ 。
(2)为后续筛选K基因“敲除”的果蝇,在K基因DNA断裂位点插入红色荧光蛋白基因(RFP)需提供携带有红色荧光蛋白基因的供体质粒。
①应选用
②将Cas9酶基因、向导RNA基因和供体质RFP基因粒导入果蝇的
(3)为确认K基因是否被成功“敲除”,科研人员进行了如下实验:
②近年来,科研人员又发现了一种检测基因的方法——Cas12a酶法。该酶类似Cas9能够在向导RNA的作用下,在特定位点剪切目标DNA之后,还发挥非定向切割单链DNA的功能(如图)。用该方法检测敲除是否成功并排除“脱靶”的方法是:利用
子代果蝇个数(只) | |
野生型♂×野生型♀ | 103 |
野生型♂×K基因“敲除”果蝇♀ | 109 |
K基因“敲除”果蝇♂×野生型♀ | 0 |
您最近一年使用:0次