2024届高三生物二轮复习微专题讲义18：基因编辑、酵母双杂交和蛋白质工程

微专题18 基因编辑、酵母双杂交和蛋白质工程 考点1　基因编辑 【典例剖析】 1.(2022·福州高三期末)单细胞生物并没有免疫系统，但是科学家发现细菌中存在清除入侵病毒DNA的功能系统，并发明了CRISPR/Cas9基因编辑技术。该系统主要包含单链向导RNA和Cas9蛋白两个部分，能特异性识别并结合特定的DNA序列，从而引导Cas9蛋白到相应位置并剪切DNA，最终实现对靶基因序列的编辑。请回答下列问题： (1)如图为CRISPR/Cas9系统作用示意图，该系统能精准识别相关基因的原理是单链向导RNA与目标DNA发生________________，Cas9蛋白可催化____________(化学键名称)水解，剪切特定DNA片段。 (2)CRISPR/Cas9系统广泛存在于原核生物中，细菌这种清除入侵病毒DNA的生理意义是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)真核生物中没有编码Cas9蛋白的基因，若要对真核生物的基因进行编辑，要借助现代生物技术将CRISPR/Cas9基因导入相关细胞，此项技术的原理是____________。 (4)水稻不育系的选育是杂交水稻育种工作中的关键环节，TMS5基因是控制水稻育性的关键基因。为了获得某水稻品种的不育系，研究人员对该水稻品种的TMS5基因进行编辑。 ①Cas9蛋白将TMS5基因剪切后，断裂后的DNA分子会自动进行修复，修复过程中断点处插入碱基A之后两个片段在____________酶作用下得到编辑成功的TMS5基因，此过程导致的变异属于____________。 ②在编辑成功的TMS5基因上游连接启动子后组装形成基因表达载体。再通过农杆菌侵染水稻愈伤组织，并整合到水稻细胞的____________上，愈伤组织再经过________过程形成水稻幼苗。 ③基因编辑中插入碱基A，会导致翻译提前终止，使TMS5基因表达的蛋白质不能产生，最终导致水稻花粉不育。用抗原—抗体杂交技术检测TMS5基因编辑是否成功，若________(填“出现”或“未出现”)杂交带，则表明基因编辑成功。 (5)华人科学家张锋是首个将CRISPR基因编辑技术应用于哺乳动物和人类细胞的科学家，为此项技术广泛应用于生命科学和医学领域作出了不可磨灭的贡献。但是更多的学者提出了CRISPR/Cas9基因编辑技术有时存在编辑对象出错而造成“脱靶”，实验发现RNA的序列长短影响成功率，越短脱靶率越______。试分析脱靶最可能的原因是__________________。 【关键点拨】 1．基因编辑的含义 对基因进行定点修改，以改变目的基因的序列和功能，进行基因治疗和物种改良。 2．应用最广泛的技术：CRISPR/Cas9基因编辑技术。 3．CRISPR/Cas9的组分及功能 短链RNA(sgRNA、向导RNA) 作为“向导”，部分序列通过碱基互补配对，与目的基因中希望被编辑的DNA序列结合 细菌的核酸酶Cas9 与短链RNA结合，切割与向导RNA结合的DNA，使DNA双链断裂 4.CRISPR/Cas9技术的主要应用 (1)基因敲除； (2)特异突变引入； (3)定点转基因。 5．CRISPR/Cas9技术的风险 (1)基因编辑技术本身存在着识别准确性等方面的问题。 (2)对人类基因进行“改造”时要严格遵守法律法规，不能违反人类的伦理道德。 【巩固练习】 1．CRISPR/Cas9是一种基因编辑技术，科研人员对其进行了一系列改造。 (1)Cas9蛋白能与人工设计的sgRNA形成复合体(如图1)。复合体中的________与目的基因特异性结合，________切割目的基因造成双链断裂，细胞在修复断裂的DNA时会随机插入、删除或替换部分碱基，从而引发_________________________________________________。 (2)将编码Cas9蛋白的基因改造后形成新基因dCas9，与Cas9蛋白相比，dCas9蛋白失去剪切活性，但与sgRNA结合等功能不变。构建能够表达dCas9蛋白的质粒A，设计一系列与红色荧光蛋白基因(RFP基因)上游不同部位结合的sgRNA序列(如图2)，并以此为依据构建能表达sgRNA的质粒B，将质粒A、B共同导入含有RFP基因的大肠杆菌，测定大肠杆菌红色荧光强度，实验结果如图3所示。 实验结果显示，对照组的红色荧光强度约为sgRNA 3组的________倍。由实验结果可以得出：________________