1 . 某种嗜热菌株具有能在高温环境下增殖，产生高价值的化学产物（如核黄素）等优势，但该菌株存在稳定性较差，产量低等不足，科研人员对其进行基因改造。
(1)嗜热菌不具有_______ ，属于原核微生物，可在高温环境（>50℃）生活。以葡萄糖、木糖、低聚糖等作为其广泛的___________ ，营养需求低，便于培养。
(2)CRISPR/Cas9是细菌和古细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御系统，可用来对抗入侵的病毒及外源DNA（如质粒等）。现被科研人员改造后成为一种编辑基因的工具，主要原理是：利用向导RNA根据___________ 原则识别目标DNA，在Cas9酶的作用下使_______ 键断裂，改变目标DNA的碱基序列，达到编辑目标基因的目的（如图所示）。
由于Cas9酶不耐高温，因此传统的基因编辑工具不适用于嗜热菌。
(3)嗜热菌的细胞内有与CRISPR/Cas9功能相似的I-BCRISPR-Cas蛋白复合物,科研人员用以下材料制备耐高温的I-B-CRISPR-Cas基因编辑工具，制备和检测过程如下：
①改造I-B-CRISPR-Cas基因组：科研人员将荧光蛋白基因（作为报告基因）插入嗜热菌的I-BCRISPR-Cas基因组中，构成Y1菌；
②导入向导RNA：科研人员将能够转录形成不同长度的向导RNA的质粒转入Y1菌内
③添加木糖：培养基中的木糖被Y1菌利用后，可诱导向导RNA的合成，检测荧光强度，结果如图所示。
请完善制备最优I-BCRISPR-Cas的技术路线：___________ →连接到表达载体→转入嗜热菌→筛选获得Y1菌→___________ →接种到含木糖的培养基，筛选___________ 组为最佳I-B-CRISPR-Cas工具。
(4)合成生物学又称为细胞工厂，是指利用多种生物技术让细胞来完成预先设想的各种任务。该嗜热菌在I-BCRUSPR-Cas工具的编辑下，所产生的核黄素达到了工业生产的要求，请从物质与能量的角度分析该高温细胞工厂相较于常温细胞工厂的优势___________ 。（写出一点 即可）
(1)嗜热菌不具有
(2)CRISPR/Cas9是细菌和古细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御系统，可用来对抗入侵的病毒及外源DNA（如质粒等）。现被科研人员改造后成为一种编辑基因的工具，主要原理是：利用向导RNA根据
由于Cas9酶不耐高温，因此传统的基因编辑工具不适用于嗜热菌。
(3)嗜热菌的细胞内有与CRISPR/Cas9功能相似的I-BCRISPR-Cas蛋白复合物,科研人员用以下材料制备耐高温的I-B-CRISPR-Cas基因编辑工具，制备和检测过程如下：
①改造I-B-CRISPR-Cas基因组：科研人员将荧光蛋白基因（作为报告基因）插入嗜热菌的I-BCRISPR-Cas基因组中，构成Y1菌；
②导入向导RNA：科研人员将能够转录形成不同长度的向导RNA的质粒转入Y1菌内
③添加木糖：培养基中的木糖被Y1菌利用后，可诱导向导RNA的合成，检测荧光强度，结果如图所示。
请完善制备最优I-BCRISPR-Cas的技术路线：
(4)合成生物学又称为细胞工厂，是指利用多种生物技术让细胞来完成预先设想的各种任务。该嗜热菌在I-BCRUSPR-Cas工具的编辑下，所产生的核黄素达到了工业生产的要求，请从物质与能量的角度分析该高温细胞工厂相较于常温细胞工厂的优势
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解题方法
2 . 杂种不育制约了人们对籼稻与粳稻杂交后代杂种优势的利用。科研人员发现影响籼-粳杂交稻雄配子育性的染色体片段R12。
(1)R12上含有2个基因——D与J。D基因编码一种毒素，可以引发线粒体功能障碍，从而影响花粉的_______ 供应。J基因编码一种“解毒剂”，可将毒素包裹于自噬体中，再与_______ （填细胞器）融合，进而将毒素分解。
(2)现将籼稻（含R12，染色体组成表示为MM）与粳稻（不含R12，染色体组成表示为NN）杂交，F1产生的染色体组成是N的花粉不育，此类型花粉无D与J基因，但其细胞质中含有D基因编码的毒素。据此推测F1（♂）与籼稻（♀）杂交子代的染色体组成为_______ 。
(3)为验证基因D具有编码毒素的作用，研究人员利用基因编辑技术敲除了D基因。进行基因编辑需设计与目标序列互补的向导RNA，引导核酸内切酶Cas9结合到此部位进行切割。请将下列各项排序，以呈现“证明D基因敲除导致花粉育性恢复”的研究思路：根据D基因特异性序列设计向导RNA的基因→_______ →检测花粉育性，并统计子代分离比。
①选择D基因敲除植株 ②通过PCR扩增相关基因并测序③连接到含Cas9基因的载体中④转化至F1愈伤组织中
敲除D基因的F1自交，子代中MM、MN、NN植株的比例为_______ ，表明D能编码一种杀死花粉的毒素。
(4)为进一步验证J蛋白的解毒作用，将J基因导入到F1中，获得转入单个J基因的F1。请预期F1自交的子代中MM、MN、NN植株的比例_______ 。（写出所有可能的比例）
(5)依据上述研究，下列关于R12片段应用的说法，合理的是_______
a．可通过敲除该片段中的D基因，解决杂交后代花粉不育的难题
b．可将优良基因与R12片段相连，获得优良基因快速传播和纯合的新品种
c．不可利用R12片段选择性消除易感病基因，获得抗病品种
(1)R12上含有2个基因——D与J。D基因编码一种毒素，可以引发线粒体功能障碍，从而影响花粉的
(2)现将籼稻（含R12，染色体组成表示为MM）与粳稻（不含R12，染色体组成表示为NN）杂交，F1产生的染色体组成是N的花粉不育，此类型花粉无D与J基因，但其细胞质中含有D基因编码的毒素。据此推测F1（♂）与籼稻（♀）杂交子代的染色体组成为
(3)为验证基因D具有编码毒素的作用，研究人员利用基因编辑技术敲除了D基因。进行基因编辑需设计与目标序列互补的向导RNA，引导核酸内切酶Cas9结合到此部位进行切割。请将下列各项排序，以呈现“证明D基因敲除导致花粉育性恢复”的研究思路：根据D基因特异性序列设计向导RNA的基因→
①选择D基因敲除植株 ②通过PCR扩增相关基因并测序③连接到含Cas9基因的载体中④转化至F1愈伤组织中
敲除D基因的F1自交，子代中MM、MN、NN植株的比例为
(4)为进一步验证J蛋白的解毒作用，将J基因导入到F1中，获得转入单个J基因的F1。请预期F1自交的子代中MM、MN、NN植株的比例
(5)依据上述研究，下列关于R12片段应用的说法，合理的是
a．可通过敲除该片段中的D基因，解决杂交后代花粉不育的难题
b．可将优良基因与R12片段相连，获得优良基因快速传播和纯合的新品种
c．不可利用R12片段选择性消除易感病基因，获得抗病品种
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3 . 无融合生殖是指不经过正常减数分裂和精卵细胞融合而产生胚或种子的特殊生殖方式，后代基因型与母本保持一致。我国科研人员对杂交稻的无融合生殖进行了研究，回答下列问题。
(1)杂交后代在生活力、抗逆性、适应性和产量等方面优于双亲的现象称为___________ 。由于杂种水稻的后代会发生_________ ，无法保持亲本性状，农民必须每年购买新的种子。
(2)spoll-1、rec8和osd1是调控水稻减数分裂过程的三个重要基因，科学家利用CRISPR/Cas9基因编辑技术获得了相关基因的纯合突变子，并观察突变体的减数分裂过程，可用下图表示：
①CRISPR/Cas9系统通过________ 识别需要编辑的“目标”DNA分子，核酸酶Cas9的作用是________ 。
②由图可知，osd1和spoll-1基因发生突变分别导致出现异常现象的具体时期是________ 和________ 。
③参考上图，在方框中画出spoll-1、rec8和osd1三基因纯合突变子减数分裂后形成的配子染色体组成___________ 。
(3)水稻细胞中M基因编码的M蛋白在受精卵发育成胚的启动过程中有重要作用，基因型为mm突变体因缺少M蛋白，胚在早期发育过程会停滞。用基因型为Mm和MM的水稻进行正反交，结果发现Mm作母本时所结种子均能萌发，MM作母本时后代有50%种子不能萌发。据此推测，不能萌发种子的基因型为________ ，受精卵中来自________ （填“精子”、“卵细胞”或“精子和卵细胞”）的M基因表达从而促进受精卵发育成胚，M蛋白在_________ （填“受精之前”或“受精之后”）合成。
(4)水稻1号染色体上的突变基因mtl会引起花粉发育过程雄配子中染色体碎片化，从而会导致精卵融合后来自父本的染色体组消除。根据（2）、（3）、（4）提供的信息，写出通过无融合生殖的研究获得具有优良性状的杂合水稻种子的思路：_________ 。
(1)杂交后代在生活力、抗逆性、适应性和产量等方面优于双亲的现象称为
(2)spoll-1、rec8和osd1是调控水稻减数分裂过程的三个重要基因，科学家利用CRISPR/Cas9基因编辑技术获得了相关基因的纯合突变子，并观察突变体的减数分裂过程，可用下图表示：
①CRISPR/Cas9系统通过
②由图可知，osd1和spoll-1基因发生突变分别导致出现异常现象的具体时期是
③参考上图，在方框中画出spoll-1、rec8和osd1三基因纯合突变子减数分裂后形成的配子染色体组成
(3)水稻细胞中M基因编码的M蛋白在受精卵发育成胚的启动过程中有重要作用，基因型为mm突变体因缺少M蛋白，胚在早期发育过程会停滞。用基因型为Mm和MM的水稻进行正反交，结果发现Mm作母本时所结种子均能萌发，MM作母本时后代有50%种子不能萌发。据此推测，不能萌发种子的基因型为
(4)水稻1号染色体上的突变基因mtl会引起花粉发育过程雄配子中染色体碎片化，从而会导致精卵融合后来自父本的染色体组消除。根据（2）、（3）、（4）提供的信息，写出通过无融合生殖的研究获得具有优良性状的杂合水稻种子的思路：
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名校
4 . 我国科学家攻坚克难，经过多年反复试验，成功培育出全球首例体细胞克隆猴（2n=54），技术流程如图所示。下列叙述正确的是（ ）
| A．重构胚细胞中含有4个染色体组，108条染色体 |
| B．克隆猴的遗传物质全部来自于胎猴的体细胞 |
| C．组蛋白的甲基化和乙酰化都不利于细胞全能性的体现 |
| D．对重构胚进行基因编辑可获得用于研究的突变型克隆猴 |
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2023-01-15更新
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506次组卷
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7卷引用：福建省龙岩市一级达标校2022-2023学年高三上期期末联考生物学试题
5 . 某脆性X染色体综合征（一种常见的智力低下综合征）家系，如图14所示。X染色体上F基因的某区域存在（CGG）n三核苷酸片段重复，正常基因（F）、前突变基因（F’）和全突变基因（f）的相关差异如右图所示。研究发现，卵细胞形成过程中，F’基因的（CGG）n重复次数会显著增加，而精子形成过程中则不会增加。______ （显性/隐性）遗传病。下列关于该病的相关叙述中，正确的是______
A．只要表达F蛋白的个体，表现即为正常 B．含f基因的男性一定患病
C．脆性X综合征的发病率需在人群中随机调查 D．含一个f基因的女性可能患病
(2)结合右图分析，I-1的基因型可能是______ 。下列图示中表示其减数分裂产生精子的过程图（图中所示为性染色体）是____
(4)已知I-2的基因型是XFXF’，Ⅱ-2为男孩，则其是否患病？请判断并写出分析过程______ 。
为了探索该病的治疗方法，科研人员利用改进型CRISPR/Cas9系统（如图）对患者的诱导性多能干细胞进行基因编辑，以达到治疗的目的。______ 3'序列配对，使gRNA与靶基因结合，引导Cas9蛋白到靶基因相应位置并剪切，从而对靶基因序列进行编辑。
(6)为验证上述治疗方案的可行性，科学家利用模型小鼠（XfY）进行实验。请完成下列表格。
A．只要表达F蛋白的个体，表现即为正常 B．含f基因的男性一定患病
C．脆性X综合征的发病率需在人群中随机调查 D．含一个f基因的女性可能患病
(2)结合右图分析，I-1的基因型可能是
| A．皮肤细胞 | B．精原细胞 | C．次级精母细胞 | D．精细胞 |
(4)已知I-2的基因型是XFXF’，Ⅱ-2为男孩，则其是否患病？请判断并写出分析过程
为了探索该病的治疗方法，科研人员利用改进型CRISPR/Cas9系统（如图）对患者的诱导性多能干细胞进行基因编辑，以达到治疗的目的。
(6)为验证上述治疗方案的可行性，科学家利用模型小鼠（XfY）进行实验。请完成下列表格。
实验操作过程及目的 |
获取模型小鼠的诱导性多能干细胞，利用其自身细胞，防止出现① |
利用改进型CRISPR/Cas9系统进行编辑、② |
将改造后的细胞定向诱导③ |
将神经细胞移植回模型小鼠大脑，定期检测细胞内的④ |
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6 . CRISPR/Cas9是一种基因编辑技术，在肿瘤治疗领域展现出极大的应用前景。
(1)该技术的原理是由向导RNA按照__________ 原则与目标DNA结合，引导核酸内切酶Cas9对目标DNA进行切制和定向改变（图1）。
(2)将Cas9和向导RNA基因导入人体细胞，对突变的__________ 基因进行修复是肿瘤治疗的思路。但Cas9基因太大，超过载体的装载能力，以及缺乏可控性是临床应用的难点。
(3)科研人员将Cas9拆成两个肽段：Cas9N和Cas9C，分开时缺乏核酸酶活性，利用两种能自发结合的蛋白Coh2和DocS，实现Cas9两个肽段的拼接，获得有活性的Cas9。基于以上原理构建转基因小鼠，图2所示表达载体①处可选择__________ ，②处可选择_____ 。（选填字母编号）
A.Cas9N基因 B．Cas9C基因C．完整的Cas9基因D．Coh2和DocS融合基因E．DocS和Cas9C的融合基因F．Coh2和Cas9N的融合基因
(4)细菌中的S蛋白能被远红光激活，释放信号；放线菌中的D蛋白，接收到该信号后能结合DNA。科研人员将S蛋白基因、D蛋白和转录激活因子（能结合上述启动子1并激活转录）融合基因与基因编辑系统一同导入小鼠（启动子2不受诱导，持续转录）。结合（3）补充“光启”基因编辑工作系统（FAST）原理：_____
(5)科研人员将FAST转入肿瘤模型小鼠体内，实验分组如图3所示（远红光照射方法为连续7天每天对肿瘤部位进行4小时照射）。结合上述研究说明FAST比普通CRISPR/Cas9技术的优越之处。
(1)该技术的原理是由向导RNA按照
(2)将Cas9和向导RNA基因导入人体细胞，对突变的
(3)科研人员将Cas9拆成两个肽段：Cas9N和Cas9C，分开时缺乏核酸酶活性，利用两种能自发结合的蛋白Coh2和DocS，实现Cas9两个肽段的拼接，获得有活性的Cas9。基于以上原理构建转基因小鼠，图2所示表达载体①处可选择
A.Cas9N基因 B．Cas9C基因C．完整的Cas9基因D．Coh2和DocS融合基因E．DocS和Cas9C的融合基因F．Coh2和Cas9N的融合基因
(4)细菌中的S蛋白能被远红光激活，释放信号；放线菌中的D蛋白，接收到该信号后能结合DNA。科研人员将S蛋白基因、D蛋白和转录激活因子（能结合上述启动子1并激活转录）融合基因与基因编辑系统一同导入小鼠（启动子2不受诱导，持续转录）。结合（3）补充“光启”基因编辑工作系统（FAST）原理：
(5)科研人员将FAST转入肿瘤模型小鼠体内，实验分组如图3所示（远红光照射方法为连续7天每天对肿瘤部位进行4小时照射）。结合上述研究说明FAST比普通CRISPR/Cas9技术的优越之处。
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7 . 为研究igf2bp3基因的功能，研究者以斑马鱼为研究对象，通过CRISPR/Cas9技术构建igf2bp3基因缺失的突变模型。请回答下列问题：
(1)下图1示意CRISPR/Cas9的基本原理。向导RNA（sgRNA）_____ 端序列识别基因组DNA上的靶点，引导Cas9蛋白在特定位点上切断DNA双链。双链断裂的DNA可能通过非同源性末端连接修复导致DNA片段的缺失、倒位等而导致突变，称为“中靶”；也可能因同源重组修复将双链断裂的DNA恢复到原始序列，导致______ 效应。
(2)gRNA的合成与纯化。设计并合成特定的引物（图2示意引物之一：T7-靶点序列6-sfd），以pMD19-gRNA scaffold质粒为模板。按照PCR反应程序：预变性5min；变性30s，退火30s，延伸40s，35个循环；再延伸10min。再延伸时间较长的目的是________ 。扩增出的DNA在体外转录出gRNA并纯化。下图2中T7启动子的作用是______ 。
(3)突变体的构建与筛选。受精卵分成2组，通过_______ 技术注入特定浓度的Cas9蛋白和gRNA混合液1nL作实验组，另一组不注入作对照。欲判断靶点敲除是否有效，可______ 挑选实验组20枚发育48h的胚胎提取DNA用于鉴定。若有效，剩下的胚胎培养至性成熟即F0。
(4)igf2bp3基因在不同组织中的表达。为了解igf2bp3基因在野生型斑马鱼不同组织中的表达量，研究人员提取了年龄为90天的野生型斑马鱼生殖腺等不同组织的_______ ，逆转录后进行定量PCR，结果见下图3。
由图3的结果分析可知：________ 。
(5)结果与分析。检测、筛选出F0嵌合体斑马鱼与野生型交配得F1，选择其中的杂合突变体自由交配，理论上F2中突变纯合子比例为______ 。统计F2成年斑马鱼性别比例，杂合突变体中雌性占一半，而突变纯合子中雌性比例极低。请尝试作出合理的解释_____ 。
(1)下图1示意CRISPR/Cas9的基本原理。向导RNA（sgRNA）
(2)gRNA的合成与纯化。设计并合成特定的引物（图2示意引物之一：T7-靶点序列6-sfd），以pMD19-gRNA scaffold质粒为模板。按照PCR反应程序：预变性5min；变性30s，退火30s，延伸40s，35个循环；再延伸10min。再延伸时间较长的目的是
(3)突变体的构建与筛选。受精卵分成2组，通过
(4)igf2bp3基因在不同组织中的表达。为了解igf2bp3基因在野生型斑马鱼不同组织中的表达量，研究人员提取了年龄为90天的野生型斑马鱼生殖腺等不同组织的
由图3的结果分析可知：
(5)结果与分析。检测、筛选出F0嵌合体斑马鱼与野生型交配得F1，选择其中的杂合突变体自由交配，理论上F2中突变纯合子比例为
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8 . 在一项新的研究中，研究人员展示了他们如何通过使用CRISPR/dCas9基因组编辑技术，在体外培养的小鼠和人类细胞中，成功去除特定基因的DNA甲基化，并分析了几个人类和小鼠基因中不同区域去甲基化的转录后果，研究表明近端启动子上的DNA去甲基化在某些情况下会增加基因的表达。下列说法错误的是（ ）
| A．CRISPR/dCas9基因组编辑技术对基因进行碱基的敲除和加入会引起基因重组 |
| B．CRISPR/dCas9基因组编辑技术有助于研究基因缺失对细胞分化的影响 |
| C．DNA甲基化后可能干扰了RNA聚合酶与启动子的识别和结合 |
| D．被甲基化的DNA片段中遗传信息未发生改变 |
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2022-01-23更新
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312次组卷
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3卷引用：山东省泰安市2021-2022学年高三上学期期末生物试题
9 . 为更好地利用农杆菌转化玉米，科学家将基因编辑系统引入农杆菌Ti质粒对其进行改造。
(1)Ti质粒在基因工程中常作为_________ 。改造后的Ti质粒的部分序列如图1所示，转入玉米细胞后，gRNA能够与玉米细胞DNA特定位点结合，从而引导Cas9蛋白在此位点切断_________ 键断开DNA．HR1和HR2与玉米DNA切断位点上下游序列同源，玉米细胞能以同源序列之间的序列为模板合成一段DNA，连接断开的DNA分子，实现外源片段插入。图1中插入玉米染色体的片段能稳定表达和扩增，其他区域的基因只能瞬时表达且无法扩增。在转化玉米的过程中，使用改造后的Tⅰ质粒的优点是_________ 。
注：HRA为抗除草剂基因：NPTⅡ为卡那霉素抗性基因
(2)用上述改造后的农杆菌转化玉米幼胚，在培养基中加入除草剂或_________ 均能筛选出已发生转化的幼胚。对培养后的植株进行PCR（引物设计如图2），部分植株实验结果如图3。
电泳结果显示_________ 号玉米中成功插入了外源基因，自交后_________ （选填“会”或“不会”）发生性状分离。
(3)标记基因插入转基因作物染色体中往往会影响植物的生长发育，并带来环境安全隐患。现要制备转耐寒CXE-20基因的转基因玉米，请利用该方法设计Ti质粒相关序列，选择相关基因的序号填入Ti质粒部分序列示意图。
①Cas9 ②gRNA ③HRA ④NPTⅡ ⑤CXE-20 ⑥HR1 ⑦HR2
(1)Ti质粒在基因工程中常作为
注：HRA为抗除草剂基因：NPTⅡ为卡那霉素抗性基因
(2)用上述改造后的农杆菌转化玉米幼胚，在培养基中加入除草剂或
电泳结果显示
(3)标记基因插入转基因作物染色体中往往会影响植物的生长发育，并带来环境安全隐患。现要制备转耐寒CXE-20基因的转基因玉米，请利用该方法设计Ti质粒相关序列，选择相关基因的序号填入Ti质粒部分序列示意图。
①Cas9 ②gRNA ③HRA ④NPTⅡ ⑤CXE-20 ⑥HR1 ⑦HR2
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10 . 非编码小RNA（PiRNA）在生殖细胞中高表达，与W蛋白结合，对动物生殖过程具有显著影响。
(1)科研人员利用黄金仓鼠进行图1所示的实验。
①将野生型杂交，用______________ 法将基因编辑相关的核酸片段等物质注入从雌鼠体内获得的2细胞胚胎中，使胚胎细胞中的W基因被破坏。将处理后的2细胞胚胎利用______________ 技术转移到已受孕的白化个体子宫内，获得子代后进行筛选。
②本实验中，科研人员从子代幼鼠中筛选得到W基因突变体的思路是______________ 。对其筛选得到的W基因突变体进行PCR检测，以确定基因编辑是否成功。
(2)科研人员观察野生型与W基因缺失突变体的卵裂过程，结果如图2。
①据图分析，突变体卵裂的异常表现是______________ 。
②为研究突变体卵裂异常的原因，科研人员进一步对野生型与突变体卵裂过程中不同长度的PiRNA含量进行测定，结果如图3。
结果显示，与野生型相比，突变体卵裂过程中，长度大于20nt的PiRNA的变化是______________ 。
③综合上述结果推测，突变体卵裂异常的原因可能是______________ 。
(1)科研人员利用黄金仓鼠进行图1所示的实验。
①将野生型杂交，用
②本实验中，科研人员从子代幼鼠中筛选得到W基因突变体的思路是
(2)科研人员观察野生型与W基因缺失突变体的卵裂过程，结果如图2。
①据图分析，突变体卵裂的异常表现是
②为研究突变体卵裂异常的原因，科研人员进一步对野生型与突变体卵裂过程中不同长度的PiRNA含量进行测定，结果如图3。
结果显示，与野生型相比，突变体卵裂过程中，长度大于20nt的PiRNA的变化是
③综合上述结果推测，突变体卵裂异常的原因可能是
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460次组卷
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2卷引用：北京市海淀区2021-2022学年高三上学期期末练习生物试题
