Question

【題目】科學(xué)家發(fā)現(xiàn)細(xì)菌中存在清除入侵病毒DNA的功能系統(tǒng)，并發(fā)明了CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)。該系統(tǒng)主要包含向?qū)?/span>RNA和Cas9蛋白兩個(gè)部分，能特異性識(shí)別并結(jié)合特定的DNA序列，從而引導(dǎo)到相應(yīng)位置并剪切DNA，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)靶基因序列的編輯。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）圖為CRISPR/Cas9系統(tǒng)作用示意圖，該系統(tǒng)行使切割特定位點(diǎn)功能的分子是_______。向?qū)?/span>RNA與DNA識(shí)別并結(jié)合的原理是______________。

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

（3）一些科研者開(kāi)展人類基因編輯研究，如免疫艾滋病基因編輯嬰兒。首先，構(gòu)建編輯遺傳病基因的CRISPR/Cas9系統(tǒng)基因表達(dá)載體，并采用______法將該基因表達(dá)載體導(dǎo)入受精卵中，發(fā)育良好的早期胚胎通過(guò)胚胎移植到代孕個(gè)體中，即可實(shí)現(xiàn)“基因完美的定制人”。結(jié)合已有知識(shí)，基因編輯技術(shù)與轉(zhuǎn)基因技術(shù)所利用的遺傳學(xué)原理均是_________。在這些研究中，外源基因能與受體細(xì)胞DNA成功拼接的原因是_______________。

（4）CRISRP/Cas9基因編輯技術(shù)有時(shí)存在編輯對(duì)象出錯(cuò)而造成脫靶，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)RNA的序列長(zhǎng)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(bǔ)配對(duì)原則 防止外源基因插入并表達(dá)，保證了細(xì)菌遺傳性狀的穩(wěn)定 顯微注射法 基因重組 兩者都具有共同的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成 其他DNA序列也含有與向?qū)?/span>RNA互補(bǔ)配對(duì)的序列，造成向?qū)?/span>RNA錯(cuò)誤結(jié)合而脫靶

【解析】

由題意“CRISPR/Cas9主要包含向?qū)�RNA和Cas9蛋白兩個(gè)部分，能特異性識(shí)別并結(jié)合特定的DNA序列，從而引導(dǎo)到相應(yīng)位置并剪切DNA，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)靶基因序列的編輯”，結(jié)合CRISPR/Cas9系統(tǒng)作用示意圖可知，該系統(tǒng)的工作原理是系統(tǒng)的向?qū)�RNA能特異識(shí)別相關(guān)基因并結(jié)合后通過(guò) Cas9蛋白定點(diǎn)切割。

（1）由題意可知，CRISPR/Cas9系統(tǒng)中向?qū)�RNA通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則與DNA特定序列識(shí)別并結(jié)合，由Cas9蛋白行使切割特定位點(diǎn)的功能。

（2）CRISPR/Cas9系統(tǒng)廣泛存在于原核生物中，細(xì)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(dá)，保證了細(xì)菌遺傳性狀的穩(wěn)定。

（3）將基因表達(dá)載體導(dǎo)入動(dòng)物受精卵常用顯微注射法�；�因編輯技術(shù)與轉(zhuǎn)基因技術(shù)所利用的遺傳學(xué)原理均是基因重組。由于外源基因與受體細(xì)胞的DNA都具有共同的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成，所以外源基因能與受體細(xì)胞DNA成功拼接。

（4）基因編輯過(guò)程向?qū)�RNA識(shí)別目標(biāo)DNA的序列，若其他基因中有可被向?qū)�RNA識(shí)別的序列（與向?qū)�RNA識(shí)別序列互補(bǔ)的序列），則基因編輯過(guò)程中就可能會(huì)產(chǎn)生“脫靶”現(xiàn)象，當(dāng)RNA的序列越短，編輯基因和其他基因中共同含有向?qū)�RNA識(shí)別的序列的可能性越大，所以向?qū)�RNA識(shí)別的錯(cuò)誤率越高，導(dǎo)致脫靶率越高。