命题新情境六 基因研究从“读取“进入“编辑“和”编写“时代-【衡中学案】2025年高考生物二轮总复习学案

制剂”)处理部分植株，再让被处理的这些植株作为 (填“父本”或“母本”)和未被处理的植株杂 交，杂交后代的性别表型及其比例为 命题新情境六基因研究从“读取”进入“编辑”和“编写"时代 生物科技的重要进展与突破已经在解决有关键康、医药，材料，能源，环境、气候变化和人口增长等全球问题 方面展现了巨大前景，关键性、前沿性、交叉性、颠覆性技术发展引起各国高度关注，积极布局新一代基因组技术、 合成生物技术、微生物组技术，生物成像技术研发。尤其是基因组学技术不断突破，引领基因组研究从“读取”进 入到“编辑”和“编写”时代。近几年的诺贝尔奖多次涉及基因表达或基因编辑的相关内容。 角度一诱导多能干细胞 诱导性多能干细胞，把O3/4、S2,C-mc和件这四种转录因子基因克隆入病毒载体，然后引入小鼠成 纤维细胞，发现可诱导其发生转化，产生的S细胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、 类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都与胚胎干细胞相似。与经典的胚胎干细胞技术和体细胞核移植技 术不同，PS技术不使用胚胎细胞或卵细胞，因此没有伦理学的问题。利用PS技术可以用病人自己的体细胞制 备专有的干细胞，所以不会有免疫排斥的问题。 角度二基因打靶 基因打靶是一种利用同源重组方法改变生物体某一内源基因的遗传学技术。这一技术可以用于删除某一基 因、去除外显子或导人点突变，从而可以对此基因的功能进行研究。 角度三基因编辑 基因编辑技术指能够让人类对目标基因进行定点“编辑”，实现对特定DNA片段的修饰。基因编辑依赖于经 过基因工程改造的核酸酶，也称“分子剪刀”，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 通过非同源末端连接(NHEJ)或同源重组(HR)来修复DSB,因为这个修复过程容易出错，从而导致靶向突变。这 种靶向突变就是基因编辑。基因编辑以其能够高效率地进行定点基因组编辑，在基因研究、基因治疗和遗传改 良等方面展示出了巨大的潜力。植物基因的靶向修饰是基因编辑应用最广泛的领域。首先可以通过修饰内源基 因来帮助设计所需的植物性状，基因编辑技术还被应用于改良农产品质量。单细胞基因表达分析已经解决了人 类发育的转录路线图，从中发现了关键候选基因用于功能研究。使用全基因组转录组学数据指导实验，基于 CRISPR的基因组编辑工具使得干扰或别除关键基因以阐明其功能成为可能。 )命随演练 1.(2024·郑州质检)科学家将0t3、S2、C-me和K4等基因导人高度分化的体细胞中，使高度分化的成熟 体细胞重新编程为可发育成身体组织的非成熟细胞，这种细胞与人类胚胎干细胞极其相似，称为诱导多能干细 胞(S细胞)，PS细胞能被诱导分化为肝细胞、神经细胞等人身上几乎所有的细胞类型，被誉为再生医疗的王 牌。下列相关叙述错误的是 () A.PS细胞能分化成不同种类细胞的实质是基因的选轻性表达 B.PS细胞与成熟体细胞相比，细胞内的遗传物质未发生变化 C.利用PS细胞的分化能力，有望成功治愈心脏类疾病 D.PS细胞有丝分裂后期的染色体数目和核DNA分子数目相同 2.(2024·武汉模拟)细菌抵御噬菌体的机理 如图所示：当某些细菌第一次被特定的噬菌 噬岗休首次感染细菌幻胞 瞬苗体次感染细菌细胞 体感染后，细菌Cas2基因开始表达出Cas2 》2 图DVA片段 (一种限制酶)，Cas2会随机低效切断入侵 噬南休八A人 路 G9● 的噬菌体DNA,并将切下的DNA片段插人 细图基-今→一6心3w3# CRISPR位点。当再次遭到同种噬菌体入侵 岗组Ca2(Ga9 CRISPR 那苗某之台帽3门 因红Ca2Ca9 CRISPR 时，细菌转录产生的crRNA便会将另一种限制酶（如Cas9)准确带到人侵者DNA处，并将之切断。下列叙述错 误的是 ) A.Cas2切下1个DNA片段的过程中，需破坏4个磷酸二酯键 112 B.Cas9借助crRNA识别外来噬菌体身份最可能是依靠碱基互补配对来实现的 C.切下的DNA片段插人CRISPR位点后，会随着细菌DNA的复制而复制 D.上图中cRNA的模板链最初来源于噬菌体DNA,其翻译的产物是Cas9 3.(2024·锦州模拟)TALEN是一种靶向基因操作技术，该技术利用了TL靶向识别单元对把向基因的识别作用 和Fk【蛋白对把向基因的切割作用，实现了对特定靶向基因的敲除。TAL靶向识别单元为间隔32个氨基酸 的双连氨基酸（即两个相连的氨基酸）序列。不同的双连氨基酸分别与靶向基因中的A、T、C、G有恒定的对应 关系，根据靶向基因的碱基序列可以设计出双连氨基酸序列。下列说法错误的是 () A,该技术应该先推测出信使RNA序列，再推测出目的基因的核苷酸序列 B.在构建的基因表达载体中，启动子应位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位 C.TALEN是一种靶向基因操作技术，其中FkI蛋白实质上是一种限制酶 D.双连氨基酸能够与含氮碱基A、T,C,G之间发生碱基互补配对 4.(2024·烟台模拟)Ce-loxP系统能实现特 loxPI losP2 定基因的敲除（如图1）。把几种荧光蛋白基 sP待改涂址因P ■D伊十De 因和Ce酶能识别并切割的序列(loxPI和 路组待异性比PP材-CFP 表达的们动了 红色荧光黄色荧光蓝色荧光 loxP2)串在一起，构建基因表达载体T(如图 蛋白基因蛋什基因蛋门因 注：仅表达与鸡动子相邻的荧老蛋自基因。 2)。部分荧光蛋白基因会被Ce酶随机“剪 图1 图2 掉”，且两个loxP1之间或两个loxP2之间的 基因，最多会被C心酶被除一次，剩下的部分得以表达，随机呈现不同的颜色。下列叙述正确的是 A.构建基因表达载体T需用到限制酶和DNA聚合酶 B.若小鼠细胞含一个基因表达载体T(不含Ce酶)，其肌肉组织细胞呈红色 C.若小鼠细胞含一个基因表达载体T(含Ce酶)，其脑组织细胞呈红色或黄色 D.若小鼠细胞含两个基因表达载体T(含C酶)，其脑组织细胞可能出现两种颜色 5.(2024·荆州模拟)科学家利用病毒将原癌基因(C-myc)、抑癌基因(K)、Sox2和Ot4等转入高度分化的 小鼠成纤维细胞中，获得PS细胞。在探索肌萎缩侧索硬化(ALS,俗称“渐冻症”)的治疗中，科研人员利用PS 细胞诱导分化成异常的运动神经元建立AS疾病模型，用于进行大规模药物筛选及药效机制研究。在I型糖 尿病的治疗中，PS细胞定向分化为胰岛B细胞，将其输入患者体内，替代被破坏的胰岛B细胞，显著改善了患 者的血糖控制。2022年3月，我国科学家通过两个关键因子诱导DNA去甲基化，将人类多能性干细胞转化为 8细胞阶段全能性胚胎样细胞（简称8CL细胞）。这是目前全球通过无转基因，快速和可控的方法获得的体外 培养的“最年轻”的人类细胞。相比于诱导多能干细胞（简称PS细胞），这些细胞不仅能分化成胎盘组织，还 有潜力发育成更成熟的器官。从ES细胞到PS细胞，再到8CL细胞的技术突破，都为早期胚胎发育的基础研 究提供了一种新的体外研究系统，有助于我们了解早期胚胎发育和疾病发生之间的关系，以及研究和治疗出生 缺陷和各种发育疾病，也使个体化器官再生最终有可能成为现实。请回答下列问题： (1)ES细胞和8CL细胞具有 性，其分化过程从分子水平上看是 的结果。 (2)利用成纤维细胞获得iPS细胞的过程中，转人C-m四c、KA,So.x2和Oc4等的作用是 (3)结合文中信息，下列可以应用S细胞实现的有 (多选)。 A,利用PS细胞研究完整的哺乳动物胚胎发育过程 B.利用PS细胞分化获得神经元，用于治疗阿尔茨海默病 C.利用PS细胞诱导形成疾病模型细胞，对药物的安全性和有效性进行检测 D.诱导PS细胞形成囊胚并植入子宫，使其进一步发育成新个体 (4)与异体器官移植相比，自体器官移植的优势是 (5)相较于ES细胞和PS细胞，我国科学家研究获得的8CL细胞的优势是 温馨提示：复习至此，清做练案[6]据题意，m的频率从末次盛冰期后开始明显升高，因此m的频 子，且各基因型之比为1：1，由于含有染色体Ⅲ的花粉无授粉 率升高是末次盛冰期后环境选择的结果，C符合题意；根据题 能力，故具有正常授粉能力的比例约为1/2，C错误：该三休植 意，m的顺率从末次盛冰期后开始明显升高，末次盛冰期后气 株自交，由于含染色体Ⅲ的花粉无授粉能力.只有m“的维配 温逐渐升高.m基因频率升高，M基因颜率降低，因此推测 子可参与授粉，故子代基因型为nmr、MmmRrr,其中长粒种 M,Mm和mm个体的汗腺密度依次上升，D不符合题意。故 子r由于维性不育，杂交时无须去雄，即可作为杂交育种 选C。 的母本，D正确 例8.D分析题意可知，草食动物能采食白车轴草，放草食动物5.(1)①雄株②该植株Y染色体上的雌性抑制基因所在的染 是白车轴草种群进化的选择压力，A正确：分析题中曲线可： 色休片段缺失 知，从市中心到市郊和乡村，白车轴草种群中产HCN个体比 (2)①雄m或M②乙烯抑制剂父本雌花：两 例增加，说明城市化进程会影响白车轴草的进化，B正确：与 性花：雄花=9：3：4 乡村相比，市中心种群中产HCN个体比例小，即基因型为D 【解析】(I)①根据题意分析，由于Y染色体上的雌性抑制 H的个体所占比例小，d、h基因颜率高，C正确：基因重组是 基因会抑制雌性特异性装周的表达，国此只要存在Y染色体， 控制不同性状的基因的重新组合，基因重组不会影响种群基 植林性别就表现为雄林。②XY的植林发生染色依结构变异 因领率D错误。故选D。 导致其产生功能正常的两性花，原国可能是该植林Y染色体 热点情境直击高考方向 上的雌性抑制基因所在的染色体片段缺失，从而失去对雌性 命题热点六 特异性基因的抑制作用。(2)①根据F和M基因的作用机制 1.A,的体细胞含有的染色休组为AAB,其中A染色体组中 可知，基闲型为F_M的桂株开雄花，基因型为Fm的植株 含有10条染色体，B染色体组中含有9条染色体，因此F,的 开两性花，基因型为任的植株开雄花：雄花植株施加一定的 体细胞有29条染色体，从F到F,由于B染色体组中的染色 外源乙怖后开雌花，即乙烯能抑制雄蔓的发育，阔此必然存在 体无法联会配对，其染色体会随机移向细胞两极，且抗虫基因 M基因，因此基因型可能是HMM或Mm,②基因型为DMm 可以转移到其他物种的染色体上，经过每代筛选，获得的抗性 的植株为雌蕊桂株，喷施乙烯抑制剂后可发育为雄藍植株并 植株中B染色体组中的染色体数日都会减少，最终到F的染 可作为父本进行杂交：父本和母本的基因型均为Mm。杂交 色体组为AA,放从F,到F的染色体数日逐渐减少，A正确： 后代基周型及比例为F_M_:F_mm:任_-=9：3：4，即弹 野甘蓝具有抗虫性状，且抗虫基因可以转移到其他物种的染 花：两性花：雄花=9：3：4。 色体上，即转移到非同源染色休上，属于染色体结构变异中的命题新情境六 易位，B错误：由题述分析可知，每代筛选出的抗性植株内B1.BPs细胞能分化成不同种类细胞是细胞分化的结果，细胞 染色体组中染色体数目会逐代减少，筛选出F,和F,中具有抗 分化的实质是基因的选择性表达，A正确：根据题意“P细胞 虫性状的植株，其野甘蓝的抗虫基因也有可能没有转移到白 是通过向成熟体细胞导人特定的基因，诱导其转变为干细胞 菜染色体上，是含有野甘蓝的部分染色体，也表现出具有抗 可知，PS细胞与成熟休细胞相比，细胞内的遗传物质发生了 虫性状的特点，C错误：F,是具有抗虫性状的纯种白菜，若一 变化，B错误：PS能被诱导分化为肝细胞、神经细胞等人身上 对抗虫基因位于一对非同源染色体上，其自交后代也会发生 几乎所有的细胞类型，因此利用S细胞的分化能力，有望成 性状分离，所以需要自交检验才能用于推广，D错误。 功治愈心脏类疾病，C正确：有丝分裂后期着丝粒分裂，一条 2.D25℃以上高温是导致雄性不育的直接原因，A错误：由图 染色休上只含有一个DNA分子，故PS细胞有丝分裂后期的 可知，雄性不育除了受环境影响，还受基因控制，B错误：利用 染色体数目和核DNA分子数目相同，D正确。 堆性不育水稻作母本进行杂交育种，具有不需要去雄的优势，2.D Cas2切下I个DNA片段的过程中，需要切制DNA片段的 C错误：若水稻为m5基因纯合，且温度在25℃以上，转录出 两侧，而DNA是双链结构，共破环4个磷酸二酯键，A正确： 过多的mRNA不能被失活的RNaseZ分解，细胞内Ub蛋白处 由图可知，当细菌再次遭到同种噬蘭休入侵时，由CRISPR位 于较高水平，则表现为雄性不育，D正确。 点转录产生的©RNA便会将另一种限制碍准确带到入侵者 3.A由题可知，三者之间的显隐关系为E,>E>心，A错误：复 DNA处，涉及RNA与DNA的结合，和mRNA与DNA模板链 等位基因是基因不定向突变产生的，B正确：等位基因最根木 的结合的机理类似，利用的是碱基互补配对的原则，B正确： 的区别是基因中碱基排列顺序的不同，C正确：E,E×E,c的 切下的DNA片段插入CRISPR位点，相当于基因重组，会随者 子代基因型是E,E,E,EE,e,Ee,根据显隐性关系E>E>e 细菌DNA的复制而复制，C正确：对比两图可知，CRNA是由 和E为雄性不育基因，：为隐性可育基因可知，雄性不育占 切下的噬菌体DNA片段插人CRISPR位点后转录形成的，其 25%.D正确 模板徒最初来源于噬菌体DNA,但其翻译产物不是Ca9,Cs9 4.D图中两对基因位于一对同源染色体上，其遗传不遵循自由 是由细菌基因组中Cs9基因转录翻译形成的，D错误。 组合定律，A错误；该三休植株在诚数分裂I后期，染色体I3.D已知TAL粑向识别单元中双连氨基酸序列和FkI蛋白 和Ⅱ分离，染色体Ⅲ随机移向一极，可产生基因型为r、 的氨基酸序列，可先推测出信使RNA序列，再推测出目的基 MmR的雌配子或雄配子，且各基因型之比为I:l,即该三体 因的核苷酸序列，利用化学法以单个核苷酸为原料合成日的 植株会产生2种基因型的雌配子，其中染色体正常的比例为 基因，再通过PC出技术进行扩增，A正确：在构建的基因表达 1/2,B错误：该三体植株可产生基因型为r,MmRr的维配 载体中，有启动子、终止子、日的基因、标记基因等，其中启动 347 子位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，B段，发生在细胞质基质中 正确：由题中“Fok【蛋白对靶向基因的切判作用”可知，Fok【3.提示：V 蛋白实质上是一种限制酶，C正确：只有含氮碱基之间能发生4.提示：V 碱基互补配对，而双连氨基酸不含有含氨碱基，D错误。 5,提示：X内环境由鈿胞外液组成，不包括任何鈿胞 4.D基因表达载体构建过程中需要限制酶、D小A连接醇，两种6.提示：×细胞代谢是指细胞内的化学反应。 工具酶处理，A错误：据题图可知，该过程在脑组织中特异性7.提示：×内环境稳态的主要调节机制是种经一体液一免瘦 发生，在其他组织中不发生，B错误：小鼠有编码红、黄、蓝荧 调节网络。 光蛋白的基因，loxPl1oxP2位置如图2所示，两个1oxPI和两8.提示：×快速缓解组织水肿应配合使用利尿剂，通过促进排 个lorP2之间的基因最多会被Ce酶被除一次，将含Ce酶的 尿排出体内多余水分。 病毒注人小鼠体内，C心酶表达情况不同，识别的loxP不同，9.提示：V 侧有可能不敲除荧光蛋白基因，此时为红色；也有可能微除两10.提示：×切除了平状腺的急者，TSH就失去了靶器官，注射 个wP1之间的红色荧光蛋白基因，此时为黄色：有可能敲除 TSH没有作用。 两个xP2之闻的红色和黄色荧光蛋白基因，此时为蓝色，因11，提示：×内环境的稳态既包括其理化性质的动态平衡，也 而不同脑细胞会差异表达红色、黄色或蓝色荧光蛋白基因，C: 包括其各种化学成分的相对稳定。 错误：若小鼠脑组织细胞内有两个相同的基因表达载体T(含12.提示：×能引起人体产生抗体的抗原大多数是蛋白质，但 Ce酶)，Ce醇对每个DNA片段随机剪切，则细胞的颜色可 是也有非蛋白类的抗原可引发人体的特异性免疫反应。 知由细胞内两种荧光蛋白的颜色叠加形成，放其脑组织细胞13，提示：×细胞因子在免疫调节中发挥信息分子的作用，不 可能出现两种颈色，D正确 与抗原站合 5.(1)全能基因选择性表达 ;14.提示：×嘉症的发生与免疫系统的免疫监视功能低下或失 (2)诱导已分化细胞转变为未分化细胞 调有关。 (3)BC 15.提示：×花粉引起的荨麻疹反应属于过敏反应，是免疫防 (4)可避免免疫排用 御功能过强的表现。 (5)8CL细胞比ES细胞和PS细胞的全能性更高（或8CL细16.提示：V 胞比S细胞和PS细胞“更年轻”或8CL细胞来源更多，可以17，提示：V 规避伦理问题) 18.提示：V 【解析】(2)PS细胞是经成纤维细胞诗导分化得到的，成纤19.提示：×灭活疫苗无法侵染到细弛内，不会引起细胞免骏 维如胞属于已分化的细袍，故利用成纤维细胞获得PS细胞 20.提示：×结核分支杆菌可寄生在细胞内，国此可引发机体 的过程中，转入C-mc、f4、So2和O4等的作用是诱导已 的细胞免疫，但是细胞毒性T细胞裂解靶细胞后，只是将结 分化细胞转变为未分化加胞。(3)由“使个体化器官再生最 核分支杆菌暴露出来，抗体进而与之结合，或被其他细胞春 终有可能成为现实”可知，目前的水平还未将S细胞成功培 啦掉。 育为个体，故不能用于研究完楚的哺乳动物胚胎发育过程，请深挖教材练习长句描述 导S细胞形成裳胚并枝入子宫，使其进一步发育成新个体，1，血浆中含有较多的蛋白质，而组织液和淋巴液中蛋白质含量 会对人类现有的伦理道德观念造成冲击，A、D错误：由“科研 很少 人员利用S编胞诱导分化成异常的运动神经元建立AS疾2.细胞和内环境是相互影响，相互作用的。细胞依赖于内环境， 病模型”可知，可利用PS细胞分化获得神经元，用于治疗阿 也参与内环境的形成和维持 尔茨海默病，也可利用S细胞诱导形成疾病模型姆胞，对药3，蛋白质摄入不足，血浆蛋白减少，血浆的渗透压下降，组织液 物的安全性和有效性进行栓测，B,C正确。 渗透压相对升高，导致组织水肿 专题七生命活动的调节 4.机体生来就有，不针对某一类特定病原休，面是对多种病原休 都有一定的防御作用 第一讲内环境稳态与免按 5.体液免疫是靠两个信号保证对某种病原休有特异性的，即病 原体与B细胞接触形成的第一信号，以及铺助性T细胞传递 融会贯通构建知识网络 的第二信号。细胞免疫依靠细胞毒性T细胞识别宿主细胞表 ①血浆②组织液③淋巴液④神经一体液一免疫⑤下丘 面分子的特异性变化，保证针对某种病原体的特异性 脑⑥肾上腺素⑦肾上腺素⑧抗利尿激素、醛固丽⑨活 6.因为HV直接杀死的是在免疫系统中起重要作用的辅助性T 性物质0器官D体液2细胞B监视 细胞，当辅助性T细胞被杀死之后，免疫系统基本处于瘫痪状 概念辨析筛查知识漏洞 态，不能有效地清除病原休或癌变的细胞，所以最终患者会死 1.提示：×心肌如胞内的C0,需要通过自由扩散进入周国的 于严重感染或恶性肿瘤 内环境中，所以心肌细胞内的C0,浓度高于它所生活的内环7.疫苗不必包含一个完整的病原体。一般情况下，引起免疫反 境中的。 应的并不是整个病原体，而是病原体所含有的抗原。因此，可 2.提示：×丙酮酸转化成乳酸的过程属于无氧呼吸的第二阶 以利用病原体的某些成分（如蛋白质、多糖荚膜类）及其产物 348