49 专题九 层级Ⅲ 强化真应用•落脚实践解决问题（Word教参）-【新高考方案】2024年高考生物二轮复习专题增分方略（新教材Ⅰ）

价值引领 活动目标 CRISPR/Cas9基因编辑系统是21世纪最为重要的生物学发现之一。依托基因编辑这种影响深远的基因工程技术，引导学生感知基因编辑技术的发展历程，掌握基因编辑技术的基本原理，尝试应用基因工程的技术和方法提出工程学构想，分析设计基因编辑的技术方案，评价基因编辑技术带来的安全性问题和伦理问题，提升学生的核心素养和树立科学、技术与社会理念。 (1)通过了解基因编辑技术的发展历程，体验基因工程的技术、方法选择，发展工程学思维。 (2)通过分析基因编辑技术的原理，树立生命的物质观、信息观等生命观念，同时发展模型和建模、创造性思维等科学思维。 (3)通过设计基因编辑方案，提升科学探究能力。 (4)通过讨论基因编辑技术应用的安全性和伦理问题，培树社会责任。 情境素材概述　基因编辑是指对目标基因进行删除、替换、插入等操作，以获得新的功能或表型；基因编辑是生命科学领域的革命性技术，基因编辑技术的开发及应用，特别是第三代CRISPR/Cas9基因编辑技术的发现，使得对生物体的遗传改造进入了前所未有的深度与广度，其成果转化也正在全球范围内高速推进。 资料一　同源重组是最早用来编辑细胞基因组的技术方法。同源重组是指DNA的两条相似(同源)链之间遗传信息的交换(基因重组)。带有与待编辑基因组部分相似的基因组序列的DNA片段一旦进入细胞，便可与细胞的DNA重组，取代基因组的目标部分，称为基因敲除，也叫基因打靶。这种方法的缺点是效率极低，且出错率高。 资料二　传统的基因编辑技术可以简单总结为3个步骤：(1)基因编辑工具的定位；(2)通过核酸酶介导的DNA损伤(一般会产生DNA双链断裂DSB)；(3)通过细胞内DNA损伤修复机制介导的DNA修复，达到基因组删除、插入、基因点突变的目的。基因编辑技术的发展历程如下： 第一代：锌指核酸酶技术(ZFNs)。 锌指核酸酶(一种蛋白质)比用于同源重组的DNA序列具有更强的稳定性，最经典的锌指核酸酶是将一个非特异性的核酸内切酶FokⅠ与含有锌指的结构域进行融合，其目的是对特定序列进行切割。被切开的DNA可以由切除的修复机制使切开处的单链部分被删除，然后又重新接到一起。理论上讲，可以利用这种方法完成对染色体上特定片段的删除，从而达到构造突变体或完成治疗的目的。ZFNs识别模式示意图： 第二代：转录激活因子样效应物核酸酶技术。 转录激活因子样效应物核酸酶(TALENs)是一种可靶向修饰特异性DNA序列的酶，它借助于TAL效应子(一种由植物细菌分泌的天然蛋白)来识别特异性DNA碱基对。TAL效应子可被设计识别(设计和生产极其复杂)和结合所有的目的DNA序列。对TAL效应子附加一个核酸酶就生成了TALENs。TAL效应核酸酶可与DNA结合并在特异性位点对DNA链进行切割，从而导入新的遗传物质。TALENS识别模式示意图： 第三代：CRISPR/Cas9基因编辑技术。 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，可用来对抗入侵的病毒及外源DNA。CRISPR/Cas9基因编辑技术可进行基因敲除、基因纠正、突变引入等。编辑过程：sgRNA(向导RNA)引导Cas9蛋白找到目标DNA。当sgRNA和目标DNA相匹配时，Cas9蛋白会对DNA进行切割，细胞通过“断裂修复”重新连接时通常会有个别碱基的插入、删除，进而实现基因的敲除、修复或替换。CRISPR/Cas9识别模式示意图： 活动项目(一)　分析基因编辑的原理，培养科学思维 1．分析资料一，同源重组的发生是由于在基因组中特定位置产生位点特异性双链断裂(DSB)，诱导生物体修复DSB的过程。这种现象在细胞分裂过程中最常发生在哪个时期？ 提示：减数分裂Ⅰ的四分体时期(或减数分裂Ⅰ的前期，联会和互换时)。 2．分析资料二中锌指核酸酶技术(ZFNs)，每个FokⅠ单体与3个锌指蛋白单元相连，构成一个ZFN，作用机理如下图： 一个ZFN的组成和功能是什么？2个ZFN形成的二聚体发挥什么作用？ 提示：一个ZFN由1个FokⅠ单体和3个锌指蛋白单元组成，其功能是识别DNA的特定碱基序列。　2个ZFN形成二聚体能在特定位点断开DNA(具有酶切功能)。 3．TALENs技术是利用TALE作为DNA识别域，用FokⅠ二聚体定点切断DNA，作用机理如下图： 结合TALENs技术分析，资料二中说FokⅠ是非特异性的核酸内切酶的原因是什么？ 提示：TALE蛋白能识别DNA的特定序列，FokⅠ二聚体与TALE蛋白结合后才能对DNA进行特异性切割。 4．与ZFNs技术和TALENs技术相比，CRISPR/Cas9基因编辑技术中识别目标基因序列的结构在化学成分上有什么不同？ 提示：前两者是蛋白质，后者是RNA。 5．CRISPR/Cas9识别