Question

【題目】2018年第一例基因編輯的嬰兒的誕生，引起中國醫(yī)學(xué)與科研界的普遍震驚與強(qiáng)烈譴責(zé)。這一嬰兒的基因編輯利用了最新的CRISPR/Cas9系統(tǒng)。該系統(tǒng)作為新一代基因編輯工具是由Cas9和單導(dǎo)向RNA（sgRNA）構(gòu)成。Cas9是一種核酸內(nèi)切酶，它和sgRNA構(gòu)成的復(fù)合體能與DNA分子上的特定序列結(jié)合，并在特定位點(diǎn)切斷DNA雙鏈（如圖甲所示）。DNA被切斷后，細(xì)胞會啟動DNA損傷修復(fù)機(jī)制。在此基礎(chǔ)上如果為細(xì)胞提供一個修復(fù)模板，細(xì)胞就會按照提供的模板在修復(fù)過程中引入片段插入或定點(diǎn)突變，從而實(shí)現(xiàn)基因的編輯或敲除。

（1）真核細(xì)胞中沒有編碼Cas9的基因，可利用基因工程的方法構(gòu)建____________，將Cas9基因?qū)�入真核�?xì)胞。這一過程需使用的酶有_________________，用于催化核苷酸之間的____________鍵的斷開或形成。

（2）一般來說，在使用CRISPR/Cas9系統(tǒng)對不同基因進(jìn)行編輯時，應(yīng)使用Cas9和______（填相同或不同）的sgRNA進(jìn)行基因的相關(guān)編輯。

（3）2019年12月《Science》雜志，報道了杭州啟函生物科技有限公司以該基因編輯技術(shù)改造豬，以期望將基因編輯豬（如圖乙）的器官用于人體器官移植的研究工作。基因編輯豬比常規(guī)試管豬的形成多一個步驟，即把Cas9蛋白和特定的引導(dǎo)序列利用_____________________________方法導(dǎo)入________________細(xì)胞中。

（4）結(jié)合上述材料，作為一個有責(zé)任感的你，認(rèn)為基于CRISPR/Cas9系統(tǒng)的基因編輯技術(shù)在______________________________________等方面有廣闊的應(yīng)用前景。（至少答出兩點(diǎn)）

Answer 1

【答案】基因表達(dá)載體 限制酶和DNA連接酶 磷酸二酯鍵 不同 顯微注射 受精卵 基因治療、基因水平進(jìn)行動植物的育種、研究基因的功能等

【解析】

基因工程是狹義的遺傳工程，基因工程的基本原理是讓人們感興趣的基因（即目的基因）在宿主細(xì)胞中穩(wěn)定高效地表達(dá)。為了實(shí)現(xiàn)基因工程的目標(biāo)，通常要有多種工具酶、目的基因、載體和宿主細(xì)胞等基本要素，并按照一定的程序進(jìn)行操作，它包括目的基因的獲得、重組DNA的形成，重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞也稱（宿主）細(xì)胞、篩選含有目的基因的受體細(xì)胞和目的基因的表達(dá)等幾個方面。

（1）真核細(xì)胞中沒有編碼Cas9的基因，可利用基因工程的方法構(gòu)建基因表達(dá)載體，將Cas9基因與載體相連，導(dǎo)入真核細(xì)胞。這一過程需使用的酶有限制酶（得到相同的粘性末端）和DNA連接酶（連接目的基因和載體）。限制酶用于催化核苷酸之間的磷酸二酯鍵的斷開，DNA連接酶用于催化核苷酸之間的磷酸二酯鍵的形成。

（2）一般來說，在使用CRISPR/Cas9系統(tǒng)對不同基因進(jìn)行編輯時，不同的基因序列不同，應(yīng)采用不同的sgRNA進(jìn)行基因的相關(guān)編輯。

（3）基因編輯豬需將外源基因?qū)�入豬的細(xì)胞，比常規(guī)試管豬的形成多一個步驟，即把Cas9蛋白和特定的引導(dǎo)序列利用顯微注射方法導(dǎo)入受精卵細(xì)胞中。

（4）結(jié)合上述材料，認(rèn)為基于CRISPR/Cas9系統(tǒng)的基因編輯技術(shù)在基因治療、基因水平進(jìn)行動植物的育種、研究基因的功能等方面有廣闊的應(yīng)用前景。