Question

【題目】科學家發(fā)現(xiàn)細菌細胞中存在清除入侵病毒DNA的功能系統(tǒng)（見下圖1），并發(fā)明了CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)，目前已成為生物科學領域最熱門的基因操作技術(shù)。下圖2 是科研人員運用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)（其中表達載體1的作用是在受體細胞中控制合成CRISPR復合體，表達載體2可以與相應DNA的同源區(qū)進行互換、重組），成功地將基因A精確導入到絨山羊細胞內(nèi)的甲、乙兩個基因之間，并和綠色熒光蛋白基因一起表達的過程示意圖。請回答。

（1）由圖1可知，CRISPR復合體中crRNA的主要功能是________________________，而Cas9蛋白催化斷裂的化學鍵位于____________之間。細菌的這種清除能力的生理意義是________________________。

（2）結(jié)合對圖1的理解，圖2中表達載體1首先要表達出含有________________________序列的crRNA和Cas9蛋白，以結(jié)合形成CRISPR復合體。

（3）根據(jù)圖2，基因表達載體2上需要加入:①基因甲片段、②基因乙片段、③基因A、④綠色熒光蛋白基因等四種DNA片段，這4種片段在載體上的正確排列順序應是___________（用序號代表相應片段）。在形成重組DNA時需要___________酶參與催化表達載體2與絨山羊DNA的連接。

（4）實驗室一般會將重組DNA導入山羊的胚胎干細胞中，以培育、篩選出轉(zhuǎn)基因山羊，選擇胚胎干細胞作為受體細胞的主要依據(jù)是______________________。

（5）與傳統(tǒng)的基因工程相比較，運用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)培育轉(zhuǎn)基因生物的明顯優(yōu)點是_________________________________。

Answer 1

【答案】 識別DNA分子上的特定核苷酸序列 磷酸和脫氧核糖 防止外源基因插入并表達，保證了細菌遺傳性狀的穩(wěn)定 基因甲與基因乙之間部分核苷酸 ①③④② DNA連接 胚胎干細胞具有發(fā)育的全能性 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

【解析】【試題分析】

本題以“細菌細胞中存在的清除入侵病毒DNA的功能系統(tǒng)”、“運用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)，成功地將基因A精確導入到絨山羊細胞內(nèi)的甲、乙兩個基因之間，并和綠色熒光蛋白基因一起表達”的圖解為載體，設置新的情景，考查了考生的識圖析圖能力，以及DNA分子的結(jié)構(gòu)、基因表達載體的構(gòu)建、胚胎干細胞的特點、轉(zhuǎn)基因生物的安全性問題等的相關(guān)知識。需要考生理解所學知識要點，并構(gòu)建知識網(wǎng)絡，能結(jié)合從題圖中獲取的信息對各小題進行分析作答。

（1）由圖1可知，crRNA是由DNA的特點區(qū)段轉(zhuǎn)錄形成的，由此可推知，CRISPR復合體中crRNA的主要功能是識別DNA分子上的特定核苷酸序列；CRISPR復合體能催化分解噬菌體DNA，由此可推知CRISPR復合體中的Cas9蛋白催化斷裂的化學鍵位于磷酸和脫氧核糖之間；細菌的這種清除能力可防止外源基因插入并表達，保證了細菌遺傳性狀的穩(wěn)定。

（2）據(jù)圖2可知，表達載體1表達出的CRISPR復合體可以切割基因甲和基因乙之間的DNA片段，所以結(jié)合對圖1的理解，可推知圖2中表達載體1首先要表達出含有基因甲與基因乙之間部分核苷酸序列的crRNA和Cas9蛋白，以結(jié)合形成CRISPR復合體。

（3）根據(jù)圖2重組DNA中各基因片段的排列順序，可推知這4種片段在基因表達載體2上正確排列順序應是①③④②；在形成重組DNA時需要DNA連接酶參與催化表達載體2與絨山羊DNA的連接。

（4）要培育、篩選出轉(zhuǎn)基因山羊，選擇胚胎干細胞作為受體細胞的主要依據(jù)是胚胎干細胞具有發(fā)育的全能性。

（5）與傳統(tǒng)的基因工程相比較，運用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)培育轉(zhuǎn)基因生物的明顯優(yōu)點是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。