2026届高三生物二轮复习课件基因编辑技术+PCR+电泳

[命题最前沿十二]　基因编辑技术及其应用 1 CRISPR/Cas9基因编辑技术能对基因进行定点编辑，其原理是由一条单链向导RNA(sgRNA)引导内切核酸酶Cas9到一个特定的基因位点进行切割(如图)。 CRISPR复合体中的sgRNA的主要功能是与靶向基因(目的基因)上特定碱基序列互补，从而定向引导Cas9蛋白与靶向基因结合， 并在特定位点切割DNA。 金版P127 CRISPR/Cas9基因编辑技术培育转基因生物，与传统的基因工程相比，其明显优点是可将目的基因定点插入所需位点，避免了因目的基因随机插入宿主细胞DNA引起的生物安全性问题。CRISPR/Cas9基因编辑技术在基因治疗、基因水平进行动植物的育种、研究基因的功能等方面有广阔的应用前景。 基因敲除 返回导航 金版高考专题突破与冲刺 生物学 4．CRISPR/Cas9是一种高效的基因编辑技术，Cas9基因表达的Cas9蛋白像一把“分子剪刀”，在单链向导RNA(sgRNA)引导下，切割DNA双链以敲除目标基因或插入新的基因。CRISPR/Cas9基因编辑技术的工作原理如下图所示。 金版P128 (1)过程①中，为构建CRISPR/Cas9重组质粒，需对含有特定sgRNA编码序列的DNA进行酶切处理，然后将其插入经相同酶切处理过的质粒上，插入时所需要的酶是______________。 (2)过程②中，将重组质粒导入大肠杆菌细胞的方法是__________________。 DNA连接酶 Ca2＋处理法 (3)过程③～⑤中，sgRNA与Cas9蛋白形成复合体，该复合体中的sgRNA可识别并与目标DNA序列特异性结合，二者结合所遵循的原则是________________。随后，Cas9蛋白可切割_______________________序列。 碱基互补配对原则 目标DNA特定的核苷酸 返回导航 金版高考专题突破与冲刺 生物学 4．CRISPR/Cas9是一种高效的基因编辑技术，Cas9基因表达的Cas9蛋白像一把“分子剪刀”，在单链向导RNA(sgRNA)引导下，切割DNA双链以敲除目标基因或插入新的基因。CRISPR/Cas9基因编辑技术的工作原理如下图所示。 金版P128 (4)某种蛋白酶可高效降解羽毛中的角蛋白。科研人员将该蛋白酶基因插入CRISPR/Cas9质粒中获得重组质粒，随后将其导入大肠杆菌细胞，通过基因编辑把该蛋白酶基因插入基因组DNA中，构建得到能大量分泌该蛋白酶的工程菌。据图简述CRISPR/Cas9重组质粒在受体细胞内，将该蛋白酶基因插入基因组DNA的编辑过程：___________________________________________________________________________________________________________________。 CRISPR/Cas9重组质粒在受体细胞内进行转录和表达，转录的产物是sgRNA，表达的产物是Cas9蛋白，二者形成复合体，该复合体中的sgRNA可识别并与目标DNA序列特异性结合，引导Cas9蛋白切割目标DNA序列，从而将该蛋白酶基因插入基因组DNA中 返回导航 金版高考专题突破与冲刺 生物学 1．(2025·汕头高三一模)Cas13是一种能结合活细胞内RNA并对其进行切割的核酸酶。科研人员改造Cas13获得失去切割能力的dCas13，将其与sgRNA(向导RNA)、荧光RNA适体(能结合并激活荧光染料)结合形成结构a，以实现对目标RNA的靶向结合、可视化检测和成像(如下图所示)。下列叙述正确的是(　　) A．dCas13失去的是断裂核糖和碱基间氢键的能力 B．sgRNA序列越短则与目标RNA的结合越精准 C．用不同的sgRNA制备a可同时检测不同RNA D．细胞成像情况可评估目标RNA的位置和含量 D 金版P127 返回导航 金版高考专题突破与冲刺 生物学 2．CRISPR/Cas9基因编辑技术机理如下图所示，利用Cas9蛋白(一种核酸内切酶)在向导RNA(sgRNA)的引导下，切割特定DNA序列，以实现基因的定点敲除、单碱基编辑和基因片段的精准替换。下列叙述正确的是(　　) 金版P128 A．基因定点编辑前需要设计与靶基因全部序列完全配对的sgRNA B．sgRNA与目标DNA结合的碱基互补配对方式是A－U、U－A、G－C、C－G C．基因片段的精准替换属于染色体结构变异 D．Cas9蛋白断裂DNA分子中的磷酸二酯键 D 返回导航 金版高考专题突破与冲刺 生物学 [命题最前沿十三]　PCR与电泳的原理及应用 7 (1)PCR考点总结精华——应对高考至少应该掌握的知识点 ①PCR是聚合酶链式反应的缩写，原理是DNA半保留复制。所需条件包括模板、原料(4种脱氧核苷酸)、引物(2种)和耐高温的DNA聚合酶。其实质是在体外对目的基因进行大量复制。 金版P129 耐高温的DNA聚合酶(Taq酶） 4种脱氧核苷酸（DNTP） 引物 待扩增的DNA片段（模板） 5’ 5’ 变性 复性 延伸 ②用PCR仪控制温度：加热变性破坏氢键(超过 90 ℃)→复性(50 ℃左右)→延伸(72 ℃左右)，需在耐高温的DNA聚合酶(不需要解旋酶、限制酶、DNA连接酶)的作用下进行。 ③引物是一小段单链DNA。结合在模板链的3′，复制方向是沿子链5′→3′ 2．电泳的原理及应用 (1)DNA电泳原理 DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团可以带上正电荷或负电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就是电泳。PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶浓度、DNA分子大小和构象等有关。凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300 nm的紫外灯下被检测出来。 金版P129 返回导航 金版高考专题突破与冲刺 生物学 4．构筑病毒防线需要两种措施：一种是病毒检测，以阻断传播途径；另一种是疫苗研制，以增强人体免疫力。常采用RT-PCR技术(逆转录荧光PCR技术)检测多种病毒感染。该技术的原理是在PCR反应体系中加入引物的同时，加入与 某条模板链互补的荧光探针，当DNA聚合酶催化子链 延伸至探针处时会水解探针，使荧光监测系统记录到 荧光信号，即每个荧光探针被水解就有一个荧光信号 生成并被准确记录(见下图)。 (1)PCR反应体系中需要添加模板、原料、酶、引物等，其中引物的作用是使Taq DNA聚合酶能够从引物的________端开始连接脱氧核苷酸。从理论上推测，PCR扩增1个目的基因至第六轮循环结束，共记录到________个荧光信号，第六轮循环将消耗________个引物1。 (2)根据某病毒核酸序列设计的引物1为GGGGAACTTCTCCTGCTAGAAT，______(填“能”或“不能”)依据此序列设计出引物2的序列。如果待测样本中没有检测到荧光信号，初步推测样本中________(填“含有”或“不含有”)相应病毒。 3′ 63 32 不能 不含有 金版P131 每新合成一个DNA分子，就会产生 个荧光信号 1 返回导航 金版高考专题突破与冲刺 生物学 5．苯丙酮尿症是由PKU基因突变引起的，基因定点整合可以将正常PKU基因定点整合到PKU基因突变的小鼠胚胎干细胞的染色体DNA上，替换突变基因，用于研究该病的治疗。基因定点整合的过程是从染色体DNA的突变PKU基因两侧各选择一段DNA序列HB1和HB2，根据其碱基序列分别合成HB1和HB2，再将两者分别与基因K1、K2连接，中间插入正常PKU基因和标记基因neor，构建出如下图所示的重组载体。重组载体和染色体DNA中的HB1和HB2序列发生交换，导致两者之间区域发生互换(见下图)。 金版P131 返回导航 金版高考专题突破与冲刺 生物学 (1)构建重组载体时，需采用PCR对PKU基因进行扩增，扩增时，需要先加热超过90℃使DNA解聚为单链，后冷却至50 ℃左右的目的是____________________________。 (2)重组载体中的HB1和HB2之间除了插入正常的PKU基因和neor基因以外，还必须含有_____________。neor基因的作用是________________________________________。 使引物结合到互补的DNA链上 启动子、终止子 鉴定与筛选含有正常PKU基因的胚胎干细胞 (3)用图中重组载体转化时，会出现一些PKU基因错误整合的胚胎干细胞。错误整合时，载体的两个K基因中至少会有一个与neor基因一起整合到染色体DNA上，已知含有neor基因的细胞具有G418的抗性。K1、K2的产物都能把DHPG转化成有毒物质而使细胞死亡。根据上述信息，设计简要的实验方案从转化的胚胎干细胞中筛选出正确整合的胚胎干细胞。________________________________________________________________ __________________________________________________。 在含G418和DHPG的培养液中培养转化的胚胎干细胞，能够存活的即为正确整合的胚胎干细胞 金版P131 返回导航 金版高考专题突破与冲刺 生物学 6．定点诱变技术是近年来生物工程研究中发展迅速的一个领域。通过定点诱变可以在体外改造目的DNA分子，进而研究基因的表达以及蛋白质的结构与功能之间的关系。经典的大引物PCR定点诱变技术成为基于PCR的定点诱变技术中应用最普遍的方法，操作过程如图甲所示。研究者欲改造某基因并将其导入大肠杆菌的质粒中保存，该质粒含有氨苄青霉素抗性基因、LacZ基因及一些酶切位点，结构如图乙所示。回答下列问题： 金版P132 返回导航 金版高考专题突破与冲刺 生物学 (1)利用大引物PCR进行定点诱变需要进行两轮PCR(PCR1和PCR2)，在PCR1中，至少需要___个循环才能获得相应的大引物模板。在PCR2中，要获得带有诱变点的改良基因，引物应选用大引物两条链中的________(填“①”或“②”)。 (2)为实现质粒和改良基因的高效连接，选用限制酶Xma Ⅰ而不选用限制酶Sma Ⅰ的原因是___________________________________________________________。为将改良基因构建在质粒上，还需要_________________等酶。 2 ② Sma Ⅰ的酶切末端为平末端，无法与改良基因上的黏性末端连接 Bgl Ⅱ、DNA连接酶 金版P132 返回导航 金版高考专题突破与冲刺 生物学 (3)在构建改良基因表达载体时，有的质粒含有改良基因，有的质粒为空白质粒，将含上述元件的溶液加入大肠杆菌菌液中，在适宜温度下培养一段时间后，再将菌液涂布在含氨苄青霉素和______________的平板上。一段时间后，在培养基上出现白色和蓝色两种菌落，其中白色菌落含有重组质粒，判断的依据是_______________________________________________ ______________________________________________________。 β-半乳糖苷 构建改良基因重组质粒时破坏了LacZ基因，含该质粒的大肠杆菌不能分解β-半乳糖苷产生蓝色物质，菌落为白色 金版P132 返回导航 金版高考专题突破与冲刺 生物学 B 1．某二倍体动物种群有100个个体，其常染色体上某基因有A1、A2、A3三个等位基因。对这些个体的基因A1、A2、A3进行PCR扩增，凝胶电泳及统计结果如下图所示。该种群中A3的基因频率是(　　) A．52%　 　　B. 27%　　C. 26% D. 2% 金版P130 返回导航 金版高考专题突破与冲刺 生物学 2．亚洲棉的突变型光籽和野生型毛籽是一对相对性状，研究发现，亚洲棉某突变体的光籽表型与8号染色体的～880 kb至～903 kb区间相关，研究人员根据野生型毛籽棉的该区间设计连续的重叠引物进行PCR，产物扩增结果如下图所示，下列说法错误的是(　　) A．应提取该突变体和野生型亚洲棉的全部染色体DNA进行PCR B．上图中PCR产物的鉴定是通过琼脂糖凝胶电泳来进行的 C．据图分析可知，分子量较大的扩增产物与点样处的距离较小 D．该突变体出现的根本原因是第6对引物对应区间发生了基因突变 A 金版P130 返回导航 金版高考专题突破与冲刺 生物学 3．某研究小组利用转基因技术，将绿色荧光蛋白基因(GFP)整合到野生型小鼠Gata3基因一端，如图甲所示。实验得到能正常表达两种蛋白质的杂合子雌雄小鼠各1只，交配以期获得Gata3-GFP基因纯合子小鼠。为了鉴定交配获得的4只新生小鼠的基因型，设计了引物1和引物2用于PCR扩增，PCR产物电泳结果如图乙所示。 下列叙述正确的是(　　) A．Gata3基因的启动子无法控制GFP基因表达 B．翻译时先合成Gata3蛋白，再合成GFP蛋白 C．2号条带的小鼠是野生型，4号条带的小鼠是Gata3-GFP基因纯合子 D．若用引物1和引物3进行PCR，能更好地区分杂合子和纯合子 B 金版P131 返回导航 金版高考专题突破与冲刺 生物学 $