2025版高考生物一轮总复习教案选择性必修3情境拓展9PCR和基因编辑技术热点二基因编辑技术及其应用

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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。
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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( B )
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DNA连接酶。
(2)过程②中，将重组质粒导入大肠杆菌细胞的方法是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碱基互补配对原则。随后，Cas9蛋白可切割目标DNA特定的核苷酸序列。
(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。
(4)根据图示可知，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。