Question

【題目】科學家發現細菌細胞中存在清除入侵病毒DNA的功能系統（見下圖1），并發明了CRISPR/Cas9基因編輯技術，目前已成為生物科學領域最熱門的基因操作技術。下圖2 是科研人員運用CRISPR/Cas9基因編輯技術（其中表達載體1的作用是在受體細胞中控制合成CRISPR復合體，表達載體2可以與相應DNA的同源區進行互換、重組），成功地將基因A精確導入到絨山羊細胞內的甲、乙兩個基因之間，并和綠色熒光蛋白基因一起表達的過程示意圖。請回答。

（1）由圖1可知，CRISPR復合體中crRNA的主要功能是________________________，而Cas9蛋白催化斷裂的化學鍵位于____________之間。細菌的這種清除能力的生理意義是________________________。

（2）結合對圖1的理解，圖2中表達載體1首先要表達出含有________________________序列的crRNA和Cas9蛋白，以結合形成CRISPR復合體。

（3）根據圖2，基因表達載體2上需要加入:①基因甲片段、②基因乙片段、③基因A、④綠色熒光蛋白基因等四種DNA片段，這4種片段在載體上的正確排列順序應是___________（用序號代表相應片段）。在形成重組DNA時需要___________酶參與催化表達載體2與絨山羊DNA的連接。

（4）實驗室一般會將重組DNA導入山羊的胚胎干細胞中，以培育、篩選出轉基因山羊，選擇胚胎干細胞作為受體細胞的主要依據是______________________。

（5）與傳統的基因工程相比較，運用CRISPR/Cas9基因編輯技術培育轉基因生物的明顯優點是_________________________________。

Answer 1

【答案】 識別DNA分子上的特定核苷酸序列 磷酸和脫氧核糖 防止外源基因插入并表達，保證了細菌遺傳性狀的穩定 基因甲與基因乙之間部分核苷酸 ①③④② DNA連接 胚胎干細胞具有發育的全能性 避免了因目的基因隨機插入宿主細胞DNA引起的生物安全性問題

【解析】【試題分析】

本題以“細菌細胞中存在的清除入侵病毒DNA的功能系統”、“運用CRISPR/Cas9基因編輯技術，成功地將基因A精確導入到絨山羊細胞內的甲、乙兩個基因之間，并和綠色熒光蛋白基因一起表達”的圖解為載體，設置新的情景，考查了考生的識圖析圖能力，以及DNA分子的結構、基因表達載體的構建、胚胎干細胞的特點、轉基因生物的安全性問題等的相關知識。需要考生理解所學知識要點，并構建知識網絡，能結合從題圖中獲取的信息對各小題進行分析作答。

（1）由圖1可知，crRNA是由DNA的特點區段轉錄形成的，由此可推知，CRISPR復合體中crRNA的主要功能是識別DNA分子上的特定核苷酸序列；CRISPR復合體能催化分解噬菌體DNA，由此可推知CRISPR復合體中的Cas9蛋白催化斷裂的化學鍵位于磷酸和脫氧核糖之間；細菌的這種清除能力可防止外源基因插入并表達，保證了細菌遺傳性狀的穩定。

（2）據圖2可知，表達載體1表達出的CRISPR復合體可以切割基因甲和基因乙之間的DNA片段，所以結合對圖1的理解，可推知圖2中表達載體1首先要表達出含有基因甲與基因乙之間部分核苷酸序列的crRNA和Cas9蛋白，以結合形成CRISPR復合體。

（3）根據圖2重組DNA中各基因片段的排列順序，可推知這4種片段在基因表達載體2上正確排列順序應是①③④②；在形成重組DNA時需要DNA連接酶參與催化表達載體2與絨山羊DNA的連接。

（4）要培育、篩選出轉基因山羊，選擇胚胎干細胞作為受體細胞的主要依據是胚胎干細胞具有發育的全能性。

（5）與傳統的基因工程相比較，運用CRISPR/Cas9基因編輯技術培育轉基因生物的明顯優點是避免了因目的基因隨機插入宿主細胞DNA引起的生物安全性問題。