热点01 前沿基因工程技术-2024年高考生物【热点·重点·难点】专练（上海专用）

热点01 前沿基因工程技术 · 情境预测 进入21世纪，在细胞和分子生物学研究基础上建立起来的基因编辑技术，通过特定的“工具”可以重新编辑细胞中DNA的遗传信息，以此改变细胞的生物学性状。例如，通过人工设计，可以使核酸酶在靶细胞 DNA 上的特定位点进行剪切，实现对细胞内源基因的精准定点编辑。特别是CRISPR-Cas9系统，这一技术使得科研人员能够以前所未有的精确度编辑生物体的基因。 · 考点预测 基因编辑的原理、应用(如疾病治疗、农业育种) 以及伦理问题。 基因编辑：是一种比较精确地对生物体基因组特定基因进行操作的基因工程技术，可以理解为像编辑文档中的文字一样，对DNA分子中某个或若干个特定脱氧核苷酸进行替代、删除或增加。目前应用较广的基因编辑工具是 CRISPR/Cas9 系统。 细菌CRISPR-cas9技术原理： 设计并人工合成一段RNA（向导RNA）。 该向导RNA能够与目标生物基因组中特定DNA片段的一条单链进行碱基互补配对。向导RNA与Cas9结合后，在目标生物的DNA上“巡航”，寻找到目标DNA片段后，向导RNA就与目标DNA的一条链互补配对结合，使Cas9正确定位，并对目标DNA的两条链进行切割，使之断裂。 之后，在细胞中DNA修复机制的帮助下，按照设计把外源DNA插入到断裂位置并连接起来。（敲除基因-精确改变特定一段基因的序列-定点对基因片段进行整合） 基因编辑技术的应用： ①可广泛应用于生命科学基础研究、疾病模型构建、药物研发等领域。通过对特定基因的定点敲除或替换，建构人类疾病的动物模型，可以帮助科学家研究特定基因的功能，或设计出相关疾病治疗的药物。 ②基因突变引起的疾病，如镰状细胞贫血症、血友病等，则有望直接通过对突变基因的修复、改造进行治疗。目前已知的人类遗传病超过5000种，95% 以上的遗传病仍缺乏有效的治疗方法，而基因治疗给这些患者带来治愈的新希望。 ③新一代的基因编辑技术可以不引入外源基因，有望更安全、更广泛地应用于各种农作物和果蔬品种的改良。 1．蚊虫的性别决定方式是XY型。雌蚊会叮咬人类，可传播多种传染病。为了防止传病蚊种泛滥，研究者利用CRISPR/Cas9基因编辑系统和同源重组修复技术提高蚊虫群体中雄蚊比例。CRISPR/Cas9系统可以实现对双链DNA的精确切割，其由三部分组成：crRNA、tracrRNA及Cas9蛋白，如图1．同源重组修复是一种高保真的DNA双链断裂、修复技术，原理如图2，其过程为CRISPR/Cas9基因编辑系统切割使DNA断裂后，启动同源修复，使得染色体DNA上的靶向序列被替换成所需序列。请回答： （1）图1中crRNA和tracrRNA结合形成sgRNA，sgRNA通过 　 　与图2中的同源序列结合，引导 　 　对DNA进行切割，断开 　 　键，类似基因工程操作中所用的 　 　酶。 （2）现需构建基因表达载体，请结合图2选出目的基因中必要的结构或基因 　 　。 A．限定在生殖细胞内表达的启动子 B．限定在受精卵内表达的启动子 C．氨苄青霉素抗性基因 D．酶R基因（能够切割X染色体DNA的核酸酶基因） （3）通过 　 　技术将基因表达载体导入受精卵，该受精卵发育成 　 　性蚊虫。通过同源重组修复，推测使群体中雄蚊比例升高，种群的 　 　失衡，达到降低种群数量的目的。 （4）研究中发现，转酶R基因雄蚊和野生型雌蚊交配后几乎不能产生后代，推测其原因是转酶R基因雄蚊精子中的酶R将受精卵中来自 　 　的X染色体切断了。为得到“半衰期”更短的突变酶R，科研人员将酶R基因的某些碱基对进行 　 　，获得了氨基酸数目不变的突变酶R。为使种群中有更多的个体带有突变酶R基因，该基因 　 　（填“能”或“不能”）插入到X染色体上。 2．基因驱动是指特定基因有偏向性地遗传给下一代的自然现象。研究发现，叶用莴苣（俗称生菜）细胞中的FANCM蛋白能够阻止减数分裂过程中互换的发生，科学家借助CRISPR/Cas9基因编辑技术（如图1所示，CRISPR/Cas9基因编辑系统包含Cas9编码基因和gRNA编码序列gRNAs），研发出人工FANCM基因驱动系统，从而在叶用莴苣中实现了外部引入的基因多代遗传。图2表示利用基因驱动技术获得FANCM突变基因的过程，利用同源定向修复功能，可以使另一条同源染色体上也插入基因驱动元件，从而获得FANCM基因纯合突变体。 （1）图1中gRNA的作用是 　 　，为确定图2中基因驱动元件是否完整插入FANCM基因，最好选择的两组引物是 　 　（从图2中P1～P4四种引物中选择）进行PC