Question

【題目】科學家發現細菌中存在清除入侵病毒DNA的功能系統，并發明了CRISPR/Cas9基因編輯技術。該系統主要包含向導RNA和Cas9蛋白兩個部分，能特異性識別并結合特定的DNA序列，從而引導到相應位置并剪切DNA，最終實現對靶基因序列的編輯。請回答下列問題：

（1）圖為CRISPR/Cas9系統作用示意圖，該系統行使切割特定位點功能的分子是_______。向導RNA與DNA識別并結合的原理是______________。

（2）CRISPR/Cas9系統廣泛存在于原核生物中，細菌這種清除入侵病毒DNA的生理意義是______。

（3）一些科研者開展人類基因編輯研究，如免疫艾滋病基因編輯嬰兒。首先，構建編輯遺傳病基因的CRISPR/Cas9系統基因表達載體，并采用______法將該基因表達載體導入受精卵中，發育良好的早期胚胎通過胚胎移植到代孕個體中，即可實現“基因完美的定制人”。結合已有知識，基因編輯技術與轉基因技術所利用的遺傳學原理均是_________。在這些研究中，外源基因能與受體細胞DNA成功拼接的原因是_______________。

（4）CRISRP/Cas9基因編輯技術有時存在編輯對象出錯而造成脫靶，實驗發現RNA的序列長短影響成功率，越短脫靶率越高。試分析脫靶最可能的原因____________。

Answer 1

【答案】Cas9蛋白 堿基互補配對原則 防止外源基因插入并表達，保證了細菌遺傳性狀的穩定 顯微注射法 基因重組 兩者都具有共同的結構和化學組成 其他DNA序列也含有與向導RNA互補配對的序列，造成向導RNA錯誤結合而脫靶

【解析】

由題意“CRISPR/Cas9主要包含向導RNA和Cas9蛋白兩個部分，能特異性識別并結合特定的DNA序列，從而引導到相應位置并剪切DNA，最終實現對靶基因序列的編輯”，結合CRISPR/Cas9系統作用示意圖可知，該系統的工作原理是系統的向導RNA能特異識別相關基因并結合后通過 Cas9蛋白定點切割。

（1）由題意可知，CRISPR/Cas9系統中向導RNA通過堿基互補配對原則與DNA特定序列識別并結合，由Cas9蛋白行使切割特定位點的功能。

（2）CRISPR/Cas9系統廣泛存在于原核生物中，細菌這種清除入侵病毒DNA的生理意義是防止外源基因插入并表達，保證了細菌遺傳性狀的穩定。

（3）將基因表達載體導入動物受精卵常用顯微注射法�；�因編輯技術與轉基因技術所利用的遺傳學原理均是基因重組。由于外源基因與受體細胞的DNA都具有共同的結構和化學組成，所以外源基因能與受體細胞DNA成功拼接。

（4）基因編輯過程向導RNA識別目標DNA的序列，若其他基因中有可被向導RNA識別的序列（與向導RNA識別序列互補的序列），則基因編輯過程中就可能會產生“脫靶”現象，當RNA的序列越短，編輯基因和其他基因中共同含有向導RNA識別的序列的可能性越大，所以向導RNA識別的錯誤率越高，導致脫靶率越高。