科学家发现细菌细胞中存在清除入侵病毒DNA的功能系统(见下图1),并发明了CRISPR/Cas9基因编辑技术,目前已成为生物科学领域最热门的基因操作技术。下图2 是科研人员运用CRISPR/Cas9基因编辑技术(其中表达载体1的作用是在受体细胞中控制合成CRISPR复合体,表达载体2可以与相应DNA的同源区进行互换、重组),成功地将基因A精确导入到绒山羊细胞内的甲、乙两个基因之间,并和绿色荧光蛋白基因一起表达的过程示意图。请回答。
(1)由图1可知,CRISPR复合体中crRNA的主要功能是________________________,而Cas9蛋白催化断裂的化学键位于____________之间。细菌的这种清除能力的生理意义是________________________。
(2)结合对图1的理解,图2中表达载体1首先要表达出含有________________________序列的crRNA和Cas9蛋白,以结合形成CRISPR复合体。
(3)根据图2,基因表达载体2上需要加入:①基因甲片段、②基因乙片段、③基因A、④绿色荧光蛋白基因等四种DNA片段,这4种片段在载体上的正确排列顺序应是___________(用序号代表相应片段)。在形成重组DNA时需要___________酶参与催化表达载体2与绒山羊DNA的连接。
(4)实验室一般会将重组DNA导入山羊的胚胎干细胞中,以培育、筛选出转基因山羊,选择胚胎干细胞作为受体细胞的主要依据是______________________。
(5)与传统的基因工程相比较,运用CRISPR/Cas9基因编辑技术培育转基因生物的明显优点是_________________________________。
高三生物非选择题困难题
科学家发现细菌细胞中存在清除入侵病毒DNA的功能系统(见下图1),并发明了CRISPR/Cas9基因编辑技术,目前已成为生物科学领域最热门的基因操作技术。下图2 是科研人员运用CRISPR/Cas9基因编辑技术(其中表达载体1的作用是在受体细胞中控制合成CRISPR复合体,表达载体2可以与相应DNA的同源区进行互换、重组),成功地将基因A精确导入到绒山羊细胞内的甲、乙两个基因之间,并和绿色荧光蛋白基因一起表达的过程示意图。请回答。
(1)由图1可知,CRISPR复合体中crRNA的主要功能是________________________,而Cas9蛋白催化断裂的化学键位于____________之间。细菌的这种清除能力的生理意义是________________________。
(2)结合对图1的理解,图2中表达载体1首先要表达出含有________________________序列的crRNA和Cas9蛋白,以结合形成CRISPR复合体。
(3)根据图2,基因表达载体2上需要加入:①基因甲片段、②基因乙片段、③基因A、④绿色荧光蛋白基因等四种DNA片段,这4种片段在载体上的正确排列顺序应是___________(用序号代表相应片段)。在形成重组DNA时需要___________酶参与催化表达载体2与绒山羊DNA的连接。
(4)实验室一般会将重组DNA导入山羊的胚胎干细胞中,以培育、筛选出转基因山羊,选择胚胎干细胞作为受体细胞的主要依据是______________________。
(5)与传统的基因工程相比较,运用CRISPR/Cas9基因编辑技术培育转基因生物的明显优点是_________________________________。
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CRISPR—Cas9是细菌和古细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御机制,可用来对抗入侵的病毒及外源DNA,受此机制启发,科学家们研发了CRISPR—Cas9基因编辑技术,这是一种对靶向基因进行特定DNA修饰的技术,其原理是由一个向导RNA分子引导核酸内切酶Cas9到一个特定的基因位点进行切割。通过设计向导RNA中20个碱基的识别序列,可人为选择DNA上的任一目标位点进行切割(见下图)。
(1)CRISPR—Cas9基因编辑复合体中Cas9蛋白是由相应基因指导,在细胞的__________中合成的,其工作原理是特异性的切断目标DNA的_____________(填具体部位);向导RNA中的识别序列与目标DNA的识别遵循______________原则,该复合体中,决定其在DNA上切割位点的是_______________。
(2)中国科学家从肺癌患者血液中提取某种细胞,利用CRISPR—Cas9基因编辑技术加入一个帮助这种细胞定向清除肿瘤的新基因序列,然后再把这些细胞注入患者的血液,以达到杀死癌细胞的目的。这些细胞应该是人体的___________,这种治疗方法属于__________(填“体内”或“体外”)基因治疗。
(3)分析上述信息可知,CRISPR—Cas9基因编辑技术与早期基因工程相比最明显的优势是___________________________________。
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2018年3月,我国科学家宣布首次利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,精准地将人亨廷顿舞蹈症基因插入猪成纤维细胞中,成功培育出亨廷顿舞蹈症的模型猪,为治疗人类神经细胞功能退行性疾病提供了理想的动物模型。有关叙述正确的是
A. 外源基因插入猪成纤维细胞中,其变异类型属于染色体变异
B. 以猪成纤维细胞作为受体细胞的主要原因是它具有全能性
C. 模型猪的培育涉及体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植等技术
D. 模型猪为老年痴呆等疾病的病理研究、药物研发提供试验材料
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前不久诞生的基因编辑婴儿,是由经 CRISPR/Cas9基因编辑技术对CCR5基因进行了修改的胚胎细胞孕育的,缔造者的初衷是生出能抵抗艾滋病病毒的婴儿,下列有关叙述,正确的是
A. 实验室中培养艾滋病病毒需要用营养齐全的固体培养基
B. CCR5基因和艾滋病病毒的基因都是有遗传效应的DNA片段
C. 修改的胚胎细胞孕育出婴儿说明其具有发育的全能性
D. 从生命活动的角度理解,基因编辑婴儿的结构层次是:细胞、组织、系统
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CCR5是人体的正常基因,其编码的细胞膜CCR5蛋白是HIV-I(人类免疫缺陷病毒I型)感染的“入口”。有研究用“CRISPR/Cas9”技术对该基因进行定点编辑并植入胚胎。图1、图2分别为相关的技术原理和实施过程。
(1)将Cas9蛋白和向导RNA序列注入受精卵的方法称为____________________技术。
据图1可知,“CRISPR/Cas9”技术中,首先由具识别序列的________________引导定位至目标DNA序列,然后由Cas9蛋白将DNA切断。这两种物质的作用结果类似于基因工程中______________的作用,若识别序列为……UCCAGAAUC……则DNA对应区域α链的碱基序列为___________________。
(2)基因编辑过程中可能会产生“脱靶”(对CCR5基因以外的其他基因进行了编辑)现象,最可能的原因是__________________________________________________________________。
(3)胚胎2的两个变异CCR5基因编码的蛋白质中,氨基酸数目都减少,其原因是___________________都可能使转录出的mRNA序列改变,导致终止密码子提前出现。变异的CCR5蛋白无法装配到细胞膜上,从而实现对HIV-I的抗性。
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CRISPR-Cas9是大肠杆菌等细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御系统,可用来对抗入侵的部分病毒(DNA)及外源DNA.其原理是由一条单链向导RNA引导核酸内切酶Cas9到一个特定的基因位点进行切割。CRISPR--Cas9基因编辑技术是通过设计向导RNA中20个碱基的识别序列,可以对目标DNA上几乎任何一个位置进行删除或添加特定的DNA片段,如下图所示。下列相关叙述错误的是( )
A.大肠杆菌等细菌细胞内能合成与入侵病毒(DNA)及外源DNA互补的RNA序列
B.识别序列形成杂交区的过程与转录过程的碱基配对方式相同
C.Cas9能专一性破坏双链DNA分子中碱基之间的氢键来切割DNA分子
D.在被切割后的目标DNA中添加特定的DNA片段需要DNA连接酶
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CCR5是人体的正常基因,其编码的细胞膜CCR5蛋白是HIV-Ⅰ(人类免疫缺陷病毒Ⅰ型)感染的“入口”。有学者用“CRISPR/Cas9”技术对该基因进行定点编辑后植入志愿者体内,诞生了两位婴儿。这就是学术界和社会伦理界引起激烈争论的“基因编辑婴儿”事件。下图1、图2分别为相关的技术原理和实施过程。请分析回答:
(1)将Cas9蛋白和向导RNA序列注入受精卵的方法称为________。据图推测,“CRISPR/Cas9”技术中,首先由________引导定位至目标DNA序列,然后由Cas9蛋白将DNA切断。这两种物质的作用结果类似于基因工程中________的作用。基因编辑过程中可能会产生“脱靶”(对CCR5基因以外的其他基因进行了编辑)现象,最可能的原因是________________________________________________________________________。
(2)细胞对被切断的DNA进行重新连接前大都会随机切掉或增加几个碱基对,此过程导致的变异属于________。胚胎2的两个变异CCR5基因编码的蛋白质中,氨基酸数目都可能减少,原因是____________________________。变异的CCR5蛋白无法装配到细胞膜上,从而实现了________________________________________________________________________。
(3)CRISPR/Cas9基因编辑技术是一种精准改变目标DNA序列的技术。下列现代生物科技中与该技术最接近的是________。
A.转基因技术 B.蛋白质工程 C.细胞核移植 D.胚胎工程
(4)现今基因编辑技术门槛低,很多人在实验室里都可以做,如果不及时制止,就有泛滥的可能性。基因编辑婴儿事件,在社会上引起了激烈的争论,从科研工作者应具备的科学道德、科学精神来思考,你应持有的正确观点是________________________________________________________________________。
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近年诞生的 CRISPR/Cas9基因编辑技术可进行基因定点编辑。 CRISPR/Cas9系统主要包括Cas9(核酸内切酶)和向导RNA,其原理是由向导RNA引导Cas9到一个特定的基因位点进行切割。(上述过程见下图)。下列相关叙述正确的是
A. CRISPR/Cas的组成物质是在核糖体上合成的
B. 向导RNA的合成需要逆转录酶的参与
C. 基因的定点编辑过程只涉及碱基A-U,G—C互补配对
D. 切割后形成的每个DNA片段均含有两个游离的磷酸基团
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下图是采用CRISPR技术对某生物基因进行编辑的过程,该过程中用sgRNA可指引核酸内切酶Cas9结合到特定的位点进行切割,下列叙述正确的是( )
A.根据破坏B基因后生物体的功能变化,可推测B基因的功能
B.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
C.图中sgRNA1的碱基序列和sgRNA2碱基序列相同或互补
D.可利用此技术编辑生殖细胞相关基因以期生育出免疫艾滋病的婴儿
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2019年10月,有关报道称科学家利用“CRISPR/Cas9”编辑技术,修改常规体外受精卵的基因,获得首例抗艾滋病基因编辑婴儿。回答下列问题。
(1)要完成体外受精,需先采集卵母细胞,经体外培养到________(填时期),才能与获能精子形成受精卵。
(2)在体外培养受精卵时,除给予一定量的________以维持细胞呼吸外,还需要提供CO2以维持_______;培养受精卵时需要定期更换培养液,其原因是_________。人的体外受精胚胎可在________个细胞阶段移植。
(3)“基因编辑婴儿”就是在体外培养胚胎过程中对基因进行编辑,其中外源基因导入的方法是_________________________________,外源基因插入受精卵DNA上后,有的受精卵会死亡,分析最可能的原因是_________________________________________________。
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