CRISPR-Cas系统包含CRISPR基因和Cas基因(CRISPR关联基因)两部分,其中CRISPR是细菌等原核生物基因组内的一段重复序列,当病毒入侵后,某些细菌能够把病毒基因的一小段存储到 CRISPR,Cas基因则位于CRISPR基因附近或分散于基因组其他地方,该基因编码的蛋白均可与CRISPR序列区域共同发生作用,CRISPR-Cas系统的组成如下图所示,现在CRISPR-Cas9(由一条单链向导RNA和内切核酸酶Cas9组成)已发展成为对靶向基因进行特定修饰的第三代基因编辑技术。回答下列有关问题:(1)CRISPR-Cas系统的形成是细菌与病毒_____________ 的结果,在CRISPR-Cas系统中,前导区作为启动子,是______________ 识别和结合的部位,能驱动__________________ 基因的表达过程。
(2)CRISPR—Cas系统中,间隔区应是_______ ,该系统在细菌中的作用是____________ 。
(3)CRISPR—Cas9基因编辑技术取代早期基因工程的原因是____________________ ,根据其组成成分推测其工作的原理并简要叙述_______________ 。
(2)CRISPR—Cas系统中,间隔区应是
(3)CRISPR—Cas9基因编辑技术取代早期基因工程的原因是
更新时间:2024-02-22 21:29:56
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【推荐1】枯草芽孢杆菌所产生的透明质酸是一种应用广泛的粘性多糖,研究者欲改造枯草芽孢杆菌,通过添加诱导型启动子来协调菌体生长与产物生产之间的关系。
(1)为通过外源添加诱导剂来控制基因的表达,研究者选择了含木糖诱导型启动子的p质粒,其中EcoRV酶切位点的识别序列为5'-GATATC-3',Xbal酶切位点的识别序列为5'-TCTAGA-3'。透明质酸合成酶基因H以a链为转录模板链,转录时mRNA自身的延伸方向为5′→3′。利用PCR扩增H基因时,需要在引物的___ (填“3'端”或“5'端”)添加限制酶识别序列。为了构建基因表达载体,依据图中已知碱基序列,在PCR扩增仪中加入的引物的碱基序列为___ ,扩增___ 代后会得到等长的8条DNA片段。
(2)为协调菌体生长与产物生产之间的关系,将构建好的重组质粒转入经___ 处理后的枯草芽孢杆菌(D菌),在含___ 的培养基上筛选,得到枯草芽孢杆菌E(E菌)。进行工业培养时,培养基应选择___ 。
A.以木糖为唯一碳源的培养基
B.以蔗糖和木糖混合为碳源的培养基
C.以蔗糖为唯一碳源的培养基,接种2小时后添加木糖
D.以蔗糖为唯一碳源的培养基,培养结束后提取培养液,添加木糖
(3)质粒在细菌细胞中遗传不稳定、易丢失,研究者尝试将重组质粒进行改造,得到如图2所示重组质粒。利用同源区段交叉互换的方法将H基因插入枯草芽孢杆菌的基因组mpr位点,得到整合型枯草芽孢杆菌F(F菌)。请在图2方框中画出F菌的基因组___ 。
(4)对上述三种枯草芽孢杆菌进行培养,结果如图3,应选择___ 菌作为工业发酵生产的菌种,理由是___ (答出三点)。
(1)为通过外源添加诱导剂来控制基因的表达,研究者选择了含木糖诱导型启动子的p质粒,其中EcoRV酶切位点的识别序列为5'-GATATC-3',Xbal酶切位点的识别序列为5'-TCTAGA-3'。透明质酸合成酶基因H以a链为转录模板链,转录时mRNA自身的延伸方向为5′→3′。利用PCR扩增H基因时,需要在引物的
(2)为协调菌体生长与产物生产之间的关系,将构建好的重组质粒转入经
A.以木糖为唯一碳源的培养基
B.以蔗糖和木糖混合为碳源的培养基
C.以蔗糖为唯一碳源的培养基,接种2小时后添加木糖
D.以蔗糖为唯一碳源的培养基,培养结束后提取培养液,添加木糖
(3)质粒在细菌细胞中遗传不稳定、易丢失,研究者尝试将重组质粒进行改造,得到如图2所示重组质粒。利用同源区段交叉互换的方法将H基因插入枯草芽孢杆菌的基因组mpr位点,得到整合型枯草芽孢杆菌F(F菌)。请在图2方框中画出F菌的基因组
(4)对上述三种枯草芽孢杆菌进行培养,结果如图3,应选择
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【推荐2】阿尔兹海默症(AD)是一种发生于老年和老年前期的中枢神经系统退行性疾病,β-淀粉样前体蛋白(APP)基因是 AD发病关联基因。科学家尝试构建含人APP基因的转基因小鼠动物模型(如图1),以研究AD疾病的发病机制。
(1)下列对培养基X和培养基 Y 的说明正确的是____。
(2)下列关于过程Ⅳ的培养条件,说明合理的是____。
(3)在繁育转基因小鼠过程中采用的生物技术与工程是____ 。(编号选填)
①重组DNA 技术
②动物细胞培养技术
③动物细胞融合技术
④细胞核移植技术
⑤胚胎移植技术
(4)若过程Ⅰ中质粒pUCl8选用了 Xho I和BclⅠ进行切割,表为4种限制酶的识别序列和切割位点。为实现其与目的基因相连,可在人APP基因两端分别添加____ (编号选填):若要保证过程Ⅱ能够成功回收 APP 基因,则应在人 APP 基因两端分别添加____ 。(编号选填)
①XhoI 和 BclI的识别序列
②SacI 和 BclI的识别序列
③Xho I 和 BamHI的识别序列
④Sac I 和 BamHI 的识别序列
科学家研究发现AD与脑部的β淀粉样蛋白(Aβ)寡聚有关,Aβ寡聚体能引起一系列的神经细胞毒性反应,造成神经细胞死亡。相关机制如图2,请回答:(5)有的神经递质为小分子化合物,但仍以图8所示方式释放,其意义是____。
(6)神经递质与突触后膜上的 NMDA受体结合会引起Na⁺通道打开,Aβ寡聚体与NMDA受体结合后突触后膜兴奋性将____ (增强/减弱/不变)。AD患者的神经纤维常常出现缠结原因是Aβ寡聚体导致微管稳定性丢失,由微管蛋白组成的____ (细胞结构)被破坏,不能维持细胞的正常形态。
(7)请据图2及所学知识分析AD患者与糖尿病的相关性____ 。
限制性内切核酸酶 | BamHl | Xho l | Bcl l | Sac l |
识别序列及切割位点 | 5'-C↓GATCG-3' | 5'-C↓TCGAG-3' | 5'-↓GATC-3' | 5'-GAGCT↓C-3' |
A.培养基 X是鉴别培养基 |
B.培养基 Y 应选用液体培养基 |
C.培养基X上生长大肠杆菌均含有重组质粒 |
D.培养基 Y 上生长大肠杆菌均含有重组质粒 |
(2)下列关于过程Ⅳ的培养条件,说明合理的是____。
A.加入抗生素—防止细菌感染 |
B.5%CO2—维持酸碱平衡 |
C.适宜温度—维持酶活性 |
D.适宜渗透压—维持水平衡 |
(3)在繁育转基因小鼠过程中采用的生物技术与工程是
①重组DNA 技术
②动物细胞培养技术
③动物细胞融合技术
④细胞核移植技术
⑤胚胎移植技术
(4)若过程Ⅰ中质粒pUCl8选用了 Xho I和BclⅠ进行切割,表为4种限制酶的识别序列和切割位点。为实现其与目的基因相连,可在人APP基因两端分别添加
①XhoI 和 BclI的识别序列
②SacI 和 BclI的识别序列
③Xho I 和 BamHI的识别序列
④Sac I 和 BamHI 的识别序列
科学家研究发现AD与脑部的β淀粉样蛋白(Aβ)寡聚有关,Aβ寡聚体能引起一系列的神经细胞毒性反应,造成神经细胞死亡。相关机制如图2,请回答:(5)有的神经递质为小分子化合物,但仍以图8所示方式释放,其意义是____。
A.不利于神经冲动快速传递 |
B.避免被酶降解 |
C.短时间内可大量释放 |
D.减少能量的消耗 |
(6)神经递质与突触后膜上的 NMDA受体结合会引起Na⁺通道打开,Aβ寡聚体与NMDA受体结合后突触后膜兴奋性将
(7)请据图2及所学知识分析AD患者与糖尿病的相关性
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【推荐3】重组工程是一项新型的基因操作技术,其基本原理是通过重组酶将特定的单链 DNA片段与双链 DNA分子在同源序列处重组,从而实现基因的敲除、替换和突变等修饰。下图1表示DNA单链重组过程示意图,请回答问题:
(1)基因工程的核心是在体外构建_____ ,该过程中使用的酶是_____ 。
(2)图2是大肠杆菌 pBR322-Red质粒的示意图。科研人员欲利用重组工程技术敲除该质粒上从 kil基因至 N基因之间的 DNA序列,设计的单链多核苷酸引物应为_____ 的连接序列(在①、②、③、④中选填)。
(3)将单链多核苷酸与含有 pBR322-Red质粒的大肠杆菌感受态细胞混合、电击转化,在重组酶的作用下,理论上 1% ~6%的大肠杆菌会发生体内同源重组。已知线性化质粒无法转化大肠杆菌。为了从大肠杆菌混合物中筛选出发生重组的克隆,科研人员进行了下列操作。请完成表格相关内容。
(4)图 3为用琼脂糖凝胶电泳鉴定的结果,其中泳道_____ (填“1”或“2”)对应的是kil-N基因缺失的质粒。
(5)常规的基因工程和重组工程都能将外源基因插入质粒。一般情况下,限制酶在质粒上存在多个作用位点,因此常规的基因工程技术构建重组质粒时会出现_____ 现象,而重组工程技术可以提高精准度。
(1)基因工程的核心是在体外构建
(2)图2是大肠杆菌 pBR322-Red质粒的示意图。科研人员欲利用重组工程技术敲除该质粒上从 kil基因至 N基因之间的 DNA序列,设计的单链多核苷酸引物应为
(3)将单链多核苷酸与含有 pBR322-Red质粒的大肠杆菌感受态细胞混合、电击转化,在重组酶的作用下,理论上 1% ~6%的大肠杆菌会发生体内同源重组。已知线性化质粒无法转化大肠杆菌。为了从大肠杆菌混合物中筛选出发生重组的克隆,科研人员进行了下列操作。请完成表格相关内容。
目的 | 简要操作 |
扩大培养 | ①将大肠杆菌混合物全部转入含 |
质粒提取、酶切 | ②提取质粒,选择限制酶 |
转化 | ③用酶切产物转化 |
鉴定、筛选 | ④菌落 PCR技术、琼脂糖凝胶电泳 |
(4)图 3为用琼脂糖凝胶电泳鉴定的结果,其中泳道
(5)常规的基因工程和重组工程都能将外源基因插入质粒。一般情况下,限制酶在质粒上存在多个作用位点,因此常规的基因工程技术构建重组质粒时会出现
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【推荐1】机体维持稳态的主要调节机制是神经—体液—免疫调节网络,据图回答相关问题:
(1)激素作为一种化学信号,能把某种调节的信息由内分泌细胞携带至靶细胞,由图一可知,激素①主要通过影响___________ 来调节生命活动。图一中,若结构乙表示胰岛A细胞,结构甲通过释放“某化学物质”可直接影响激素②的形成与分泌,该化学物质是___________ 。
(2)图一中若激素①是甲状腺激素,则a的名称是______________________ 。在寒冷环境中,人体皮肤减少散热的具体生理反应是_________________ 。
(3)若图二为某种流感病毒侵入人体后发生免疫反应的图解,据图分析,当入侵病毒的蛋白质与图中寄主细胞表面的___________ 结合,寄主细胞才能成为效应T细胞识别出的靶细胞。效应T细胞与靶细胞密切接触依赖细胞膜上的B物质,B物质的化学本质是___________ 。物质A由T细胞分泌,又能诱导生成更多T细胞,则这是一个___________ 调节过程,物质A为___________ 。
II、为探究植物免疫的作用机制,科研人员以拟南芥为材料进行研究。
(1)病原菌可向植物体内注入一些效应因子来抑制植物的免疫,植物通过让感病部位出现类似于动物细胞凋亡的现象,阻止病原菌的进一步扩散。植物和病原菌在相互影响中不断进化和发展,称为___________ 。
(2)科研人员用白粉菌侵染拟南芥突变体植物对抗病原体的免疫,得到下图1和图2所示结果。
据图可知,E基因敲除所导致的_____________________ 对病原体起到有效的免疫防御作用,据此推测E基因的功能是________________ 。
(3)研究表明,水杨酸信号作用通路在植物免疫中具有重要作用,P基因控制水杨酸的合成。科研人员利用P基因敲除突变体进一步研究,实验结果如图。
据实验结果推测,P基因对植株免疫有____________ (填“促进”或“抑制”)作用。一种验证上述推测的方法是:检测并比较____________ 含量。
(1)激素作为一种化学信号,能把某种调节的信息由内分泌细胞携带至靶细胞,由图一可知,激素①主要通过影响
(2)图一中若激素①是甲状腺激素,则a的名称是
(3)若图二为某种流感病毒侵入人体后发生免疫反应的图解,据图分析,当入侵病毒的蛋白质与图中寄主细胞表面的
II、为探究植物免疫的作用机制,科研人员以拟南芥为材料进行研究。
(1)病原菌可向植物体内注入一些效应因子来抑制植物的免疫,植物通过让感病部位出现类似于动物细胞凋亡的现象,阻止病原菌的进一步扩散。植物和病原菌在相互影响中不断进化和发展,称为
(2)科研人员用白粉菌侵染拟南芥突变体植物对抗病原体的免疫,得到下图1和图2所示结果。
据图可知,E基因敲除所导致的
(3)研究表明,水杨酸信号作用通路在植物免疫中具有重要作用,P基因控制水杨酸的合成。科研人员利用P基因敲除突变体进一步研究,实验结果如图。
据实验结果推测,P基因对植株免疫有
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【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。
(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:____ 。
(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
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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。(1)CRISPR系统由向导RNA和Cas9核酸酶组成,向导RNA可与DNA的一条链通过_____ 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:①科研人员用图3中的引物I、II、III对F₀代果蝇DNA进行PCR并电泳检测(大于10kb片段单次PCR无法完成扩增)。若敲除成功,则观察到的不同个体电泳条带可能有两种情况:_____ 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_____ 。(4)为进一步研究K基因功能,科研人员做了如下表的实验,由此推测K基因的功能是_____ 。
(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:①科研人员用图3中的引物I、II、III对F₀代果蝇DNA进行PCR并电泳检测(大于10kb片段单次PCR无法完成扩增)。若敲除成功,则观察到的不同个体电泳条带可能有两种情况:
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) | |
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野生型♂×K基因“敲除”果蝇♀ | 109 |
K基因“敲除”果蝇♂×野生型♀ | 0 |
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