2025版高考生物一轮总复习选择性必修3情境拓展9PCR和基因编辑技术课件

这是一份2025版高考生物一轮总复习选择性必修3情境拓展9PCR和基因编辑技术课件，共21页。PPT课件主要包含了DNA连接酶，Ca2＋处理法，碱基互补配对原则，目标DNA特定的核等内容，欢迎下载使用。
热点一　PCR技术及其应用情|境|链|接1．PCR技术与病毒检测新冠病毒感染的常规检测方法是通过实时荧光PCR鉴定。实时荧光PCR扩增目的基因，需额外添加荧光标记探针(一小段单链DNA，可与目的基因中部分序列特异性结合)。当探针完整时，不产生荧光。在PCR过程中，与目的基因结合的探针被TaqDNA聚合酶水解，R与Q分离后，R发出的荧光可被检测到(如图甲)，通过实时荧光PCR检测新冠病毒感染时，检测到的荧光强度变化如图乙。
2．基因定点突变与基因改造重叠延伸PCR技术是一项重要的基因定点突变技术，其主要设计思路是用具有互补配对片段的引物(图中的引物2和3，突起处代表与模板链不能互补的突变位点)，分别进行PCR，获得有重叠链的两种DNA片段，再在随后的扩增反应中通过重叠链的延伸获得想要的目的基因。水蛭素是一种蛋白质，可用于预防和治疗血栓。某科研团队运用重叠延伸PCR技术在水蛭素基因中的特定位点引入特定突变，使水蛭素第47位的天冬酰胺(密码子为AAC、AAU)替换为赖氨酸(密码子为AAA、AAG)，从而提高水蛭素的抗凝血活性。原理如图。
针|对|训|练1．(2024·山东烟台期中)荧光定量PCR技术可定量检测样本中某种DNA含量。其原理是：在PCR体系中每加入一对引物的同时加入一个与某模板链互补的荧光探针，荧光探针两端分别标记一个荧光发射基团和一个荧光淬灭基团，探针完整时，发射基团发射的荧光信号被淬灭基团吸收，荧光监测系统接收不到荧光信号。当耐高温的DNA聚合酶催化子链延伸至探针处，会水解探针，使荧光监测系统接收到荧光信号。即每扩增一次，就有一个荧光分子生成(如图所示)。相关叙述正确的是( 　)
A．扩增过程中引物先于探针结合到模板DNA上B．在PCR系统中需加入解旋酶C．荧光信号积累越多，说明PCR循环次数越多D．若扩增n次，则其需要消耗2n－1个探针
解析： 基因扩增过程中需要特定的引物，该引物的作用是定位基因的位置，与模板链结合并为子链的延伸提供起点，扩增过程中引物和探针应同时结合到模板DNA上，A错误；在PCR反应系统中无需加入解旋酶，可通过高温解旋DNA，B错误；据题干信息“即每扩增一次，就有一个荧光分子生成”可知，荧光信号积累越多，说明PCR循环次数越多，C正确；据题干信息“在PCR反应体系中每加入一对引物的同时加入一个与某模板链互补的荧光探针”，即每个DNA分子需要1个探针，扩增n次，可得到2n个DNA分子，则共需要消耗2n－1个探针，D错误。
2．“X基因”是DNA分子上一个有遗传效应的片段，若要用PCR技术特异性地拷贝“X基因”，需在PCR反应中加入两种引物(注：引物的作用是与模板链形成双链后在DNA聚合酶的作用下就可以继续链的延伸)，两种引物及其与模板链的结合位置如图甲所示。经4轮循环后产物中有5种不同的DNA分子，如图乙所示，其中第⑤种DNA分子有( 　　)
A．8个 B． 6个 C． 4个 D． 2个解析：第⑤种DNA分子是两条链等长的DNA分子，PCR扩增时，若引物的结合位点位于DNA分子的内部，则经过n次循环后得到的两条链等长的DNA分子的数量为2n－2n。因此，经4轮循环后，第⑤种DNA分子有24－2×4＝8个。
热点二　基因编辑技术及其应用情|境|链|接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。
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。
针|对|训|练3．CRISPR/Cas9系统由单链的向导RNA(SgRNA)和内切核酸酶Cas9构成，为高效获得特定基因敲除的斑马鱼系，科研人员利用基因编辑技术(原理如图所示)，用化学方法合成特定的SgRNA，与Cas9 mRNA一起注射到斑马鱼细胞，筛选出特定基因敲除的斑马鱼。下列说法正确的是( 　　)A．两种RNA可通过显微注射法导入斑马鱼的肌肉细胞B．图中SgRNA通过碱基互补配对实现其引导功能C．Cas9 mRNA能对斑马鱼特定基因位点进行切割D．基因敲除后的斑马鱼的发育一定会发生异常
解析：用化学方法合成特定的SgRNA，与Cas9 mRNA一起注射到斑马鱼细胞，两种RNA通过显微注射法导入斑马鱼的受精卵，不是肌肉细胞，A错误；SgRNA通过与DNA的碱基互补配对完成对目标DNA的识别，从而实现Cas9蛋白对DNA分子的定位，引导Cas9蛋白到DNA的特定基因位点进行切割，B正确；Cas9蛋白能对基因位点进行切割，Cas9 mRNA不能切割基因，C错误；如果敲除的基因是内含子，则不会导致斑马鱼发育异常，D错误。
4．(2021·海南高考改编)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图所示。
回答下列问题。(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，然后将其插入到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_____________。
(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。
(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到CRISPR/Cas9质粒中获得重组质粒，随后将其导入到大肠杆菌细胞，通过基因编辑把该蛋白酶基因插入到基因组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到基因组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，从而插入到基因组DNA中
解析：(1)基因工程所需的工具酶有限制酶和DNA连接酶，限制酶负责切割，DNA连接酶负责连接，因此为构建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，然后将其插入到经相同酶切处理过的质粒上，插入时所需要的酶是DNA连接酶。(2)大肠杆菌是原核生物，属于微生物，将目的基因导入微生物细胞之前需要用Ca2＋处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。
(3)根据题图可知，在CRISPR/Cas9基因编辑技术中，SgRNA是根据靶基因设计的引导RNA，准确引导Cas9蛋白切割与SgRNA配对的靶基因DNA序列。Cas9蛋白能借助SgRNA分子与目标DNA进行特异性结合的原因在于SgRNA分子上的碱基序列与目标DNA分子上的碱基序列可以通过碱基互补配对原则，实现SgRNA与目标DNA特定序列的特定识别，进而定位；由此可见，Cas9蛋白在功能上属于限制酶，可切割目标DNA特定的核苷酸序列。