第10单元 热点情境8 基因编辑技术-【优化探究】2025年高考生物一轮复习高考总复习配套课件（人教版2019 单选）

生物技术与工程 第十单元 热点情境　8.基因编辑技术 [高考真题例证] （2023·海南卷，20节选）基因递送是植物 遗传改良的重要技术之一，我国多个实验 室合作开发了一种新型基因递送系统(切— 浸—生芽Cut－Dip－Budding，简称CDB法)。 图1与图2分别是利用常规转化法和CDB法在 某植物中递送基因的示意图。 回答下列问题。 已知某酶(PDS)缺失会导致植株白化。某团队构建了用于敲除PDS基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体（含有绿色荧光蛋白标记基因），利用图2中的CDB法将该重组载体导入植株B，长出毛状根，成功获得转化植株B。据此分析，从毛状根中获得阳性毛状根段的方法是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，图2中，鉴定导入幼苗中的基因编辑载体是否成功发挥作用的方法是______________________ ___________，依据是___________________________________________ __________________________________________。 荧光检测选择带有绿色荧光标记的毛状根 观察幼苗是否表现出 白化特征 PDS缺失会导致植株白化，白化苗的出现意味着 通过基因编辑技术成功实现PDS基因的敲除 已知某酶(PDS)缺失会导致植株白化。某团队构建了用于敲除PDS基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体（含有绿色荧光蛋白标记基因），利用图2中的CDB法将该重组载体导入植株B，长出毛状根，成功获得转化植株B，该过程中通过荧光检测选择带有绿色荧光标记的毛状根即为阳性毛状根段。图2中，鉴定导入幼苗中的基因编辑载体是否成功发挥作用的方法是观察幼苗是否表现出白化特征，而白化苗的出现意味着通过基因编辑技术成功实现PDS基因的敲除。 [知识归纳提炼] 1．基因组编辑的含义：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。 3．CRISPR/Cas9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)基因组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。 [巩固演练提升] 1．CRISPR/Cas9系统由单链的向导RNA(sgRNA)和内切核酸酶Cas9构成，为高效获得特定基因敲除的斑马鱼系，科研人员利用基因编辑技术（原理如图所示），用化学方法合成特定的sgRNA，与Cas9mRNA一起注射到斑马鱼细胞，筛选出特定基因敲除的斑马鱼。下列说法错误的是(　　) A．改造后的受体细胞经培养发育到囊胚或桑葚胚 时，可将其进行冷冻保存 B．图中sgRNA通过碱基互补配对实现其引导功能 C．Cas9蛋白的作用是破坏DNA分子的磷酸二酯键 D．两种RNA可通过显微注射法导入斑马鱼的卵细胞 答案：D 改造后的受体细胞经培养发育到囊胚或桑葚胚 时，可将其进行冷冻保存，A正确；sgRNA通 过与DNA的碱基互补配对完成对目标DNA的 识别，从而实现Cas9蛋白对DNA分子的定位， 引导Cas9蛋白到DNA的特定基因位点进行切割，B正确；Cas9蛋白能对基因位点进行切割，破坏特定部位的磷酸二酯键，C正确；用化学方法合成特定的sgRNA，与Cas9mRNA一起注射到斑马鱼细胞，两种RNA通过显微注射法导入斑马鱼的受精卵，不是卵细胞，D错误。 2．现代基因编辑CRISPR/Cas9技术可以对生物的DNA序列进行定点切割。将编码Cas9酶和sgRNA的基因作为外源基因构建基因表达载体后，导入受体细胞，可将细胞内某个基因定向敲除，其作用机理如图所示。请回答相关问题。 (1)sgRNA与Cas9酶是一个功能复合体。如图所示，sgRNA有引导作用，与A基因中部分序列碱基互补配对，Cas9酶在配对区域定点切割，导致A基因发生碱基对　　　　，基因丧失功能。sgRNA与Cas9酶的联合作用类似于　　　　酶的作用。如果要获得基因敲除的动物个体，应以 　　　　作为受体细胞，用　　　　法导入CRISPR/Cas9基因表达载体。 缺失　 限制　 受精卵　 显微注射 (1)sgRNA与Cas9酶是一个功能复合体。sgRNA有引导作用，与A基因中部分序列碱基互补配对，Cas9酶在配对区域定点切割，剪下部分DNA片段，导致A基因发生碱基对缺失，基因丧失功能。sgRNA与Cas9酶的联合作用类似于限制酶的作用。如果要获得基因敲除的动物个体，应以受精卵作为受体细胞，用显微注射法导入CRISPR/Cas9基因表达载体。 (2)研究人员担心基因编辑发生“脱靶效应”，导致其他非目标基因发生突变，我国科学家对此进行了检测。在小鼠受精卵分裂为两个细胞时，向其中一个细胞注入基因编辑工具，之后将此胚胎移植入母鼠子宫，待其发育到十四、五天时，此时胚胎细胞逐渐分化，胚胎的内部出现含液体的腔，这个时期的胚胎叫作　　　　。将胚胎取出，用_____________________酶处理使细胞分散开，分成基因编辑细胞后代和非基因编辑细胞后代两个细胞群，分别提取DNA，测序、比对。结果发现CRISPR/Cas9技术的“脱靶”率很低，而另一类单碱基突变系统的基因编辑技术“脱靶”率极高。 囊胚　 胰蛋白（或胶原蛋白） ①用同一受精卵分裂形成的两个细胞作为处理对象和对照，优点是________________________________________________________________________________________。 ②利用二细胞胚胎分裂产生的子细胞DNA作为测序对象，而不是将实验组细胞和对照组细胞DNA进行PCR扩增后测序，原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 这两个细胞的基因序列相同，避免因实验组和对照组细胞原有的基因序列差异掩盖“脱靶效应” PCR扩增会产生较多的复制错误，掩盖“脱靶效应” ③为方便将基因编辑细胞后代和非基因编辑细胞后代分开，你认为可在构建基因表达载体时采用的合理措施是___________________________ __________。 ④上述研究除利用基因编辑技术之外，还利用了胚胎工程，请写出具体技术名称　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 利用某种荧光蛋白基因作为 标记基因 体外受精技术、胚胎培养技术、胚胎移植技术等 (2)发育到14.5天时胚胎细胞逐渐分化，胚胎的内部出现含液体的腔，这个时期的胚胎叫作囊胚。将胚胎细胞分散开需要利用胰蛋白酶（或胶原蛋白酶）的作用。 ①用同一受精卵分裂形成的两个细胞作为处理对象和对照，优点是这两个细胞的基因序列相同，避免了因实验组和对照组细胞原有的基因序列差异掩盖“脱靶效应” 。 ②因为PCR扩增会产生较多的复制错误，掩盖“脱靶效应”，故利用二细胞胚胎分裂产生的子细胞DNA作为测序对象，而不是将实验组细胞和对照组细胞DNA进行PCR扩增后测序。 ③标记基因可用于筛选重组基因表达载体，因此为方便将基因编辑细胞后代和非基因编辑细胞后代分开，可在构建基因表达载体时利用某种荧光蛋白基因作为标记基因。 ④上述研究除了利用基因编辑技术之外，还利用了多项胚胎工程技术，如体外受精技术、胚胎培养技术、胚胎移植技术等。 (3)基因编辑的“脱靶效应”可能对被编辑个体带来的不良影响是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 如果“脱靶效应”发生在原癌基因，可能导致细胞癌变 (3)细胞癌变的原因是原癌基因和抑癌基因发生基因突变及原癌基因的过量表达，如果“脱靶效应”发生在原癌基因，可能导致细胞癌变，由此可见基因编辑的“脱靶效应”也可能对被编辑个体带来不良影响。 $$