Question

【题目】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_________________________________。

Answer 1

【答案】 识别DNA分子上的特定核苷酸序列 磷酸和脱氧核糖 防止外源基因插入并表达，保证了细菌遗传性状的稳定 基因甲与基因乙之间部分核苷酸 ①③④② DNA连接 胚胎干细胞具有发育的全能性 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

【解析】【试题分析】

本题以“细菌细胞中存在的清除入侵病毒DNA的功能系统”、“运用CRISPR/Cas9基因编辑技术，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”的图解为载体，设置新的情景，考查了考生的识图析图能力，以及DNA分子的结构、基因表达载体的构建、胚胎干细胞的特点、转基因生物的安全性问题等的相关知识。需要考生理解所学知识要点，并构建知识网络，能结合从题图中获取的信息对各小题进行分析作答。

（1）由图1可知，crRNA是由DNA的特点区段转录形成的，由此可推知，CRISPR复合体中crRNA的主要功能是识别DNA分子上的特定核苷酸序列；CRISPR复合体能催化分解噬菌体DNA，由此可推知CRISPR复合体中的Cas9蛋白催化断裂的化学键位于磷酸和脱氧核糖之间；细菌的这种清除能力可防止外源基因插入并表达，保证了细菌遗传性状的稳定。

（2）据图2可知，表达载体1表达出的CRISPR复合体可以切割基因甲和基因乙之间的DNA片段，所以结合对图1的理解，可推知图2中表达载体1首先要表达出含有基因甲与基因乙之间部分核苷酸序列的crRNA和Cas9蛋白，以结合形成CRISPR复合体。

（3）根据图2重组DNA中各基因片段的排列顺序，可推知这4种片段在基因表达载体2上正确排列顺序应是①③④②；在形成重组DNA时需要DNA连接酶参与催化表达载体2与绒山羊DNA的连接。

（4）要培育、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胚胎干细胞具有发育的全能性。

（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。