Question

【題目】Bt 毒素是由蘇云金芽胞桿菌產(chǎn)生的一種毒蛋白，對(duì)多種昆蟲(chóng)具有較強(qiáng)的殺傷力，而對(duì)人和其它脊椎動(dòng)物沒(méi)有毒性。

（1）以Bt毒蛋白為有效成分的農(nóng)藥長(zhǎng)期使用，會(huì)導(dǎo)致害蟲(chóng)種群____，使藥效減弱直至喪失，無(wú)法在生產(chǎn)中繼續(xù)使用。

（2）以家蠶為材料，研究昆蟲(chóng)抗藥性遺傳特性。測(cè)定生命力大致相同的多品種家蠶幼蟲(chóng)致死50%的Bt濃度（LC50），結(jié)果如下：

家蠶品種	A	B	C	D	E	F	G	H
LC50（mg/L）	59.4	37.5	94.2	118.6	118.6	118.7	129.0	>375

①研究人員欲選擇敏感型和抗藥型家蠶為親本進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)，據(jù)上表結(jié)果，最好選擇家蠶品種是_______。

②雜交實(shí)驗(yàn)及結(jié)果如下表：

親本		實(shí)驗(yàn)一 ♀抗藥型×♂敏感型	實(shí)驗(yàn)二 ♀敏感型×♂抗藥型	實(shí)驗(yàn)三 實(shí)驗(yàn)一的F1×抗藥型	實(shí)驗(yàn)四 實(shí)驗(yàn)二F1×敏感型	實(shí)驗(yàn)五 實(shí)驗(yàn)一F1自交	實(shí)驗(yàn)六 實(shí)驗(yàn)二F1自交
子代	抗藥型	0	0	67	0	37	34
	敏感型	80	80	83	150	113	116

實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二的結(jié)果表明，家蠶抗藥型是由位于_____染色體上的_____性基因控制的；實(shí)驗(yàn)___ 的結(jié)果表明，F(xiàn)1產(chǎn)生兩種配子且比例為1:1

（3）Bt毒蛋白與家蠶幼蟲(chóng)的中腸細(xì)胞特異性受體結(jié)合，使細(xì)胞膜穿孔，細(xì)胞裂解，幼蟲(chóng)死亡。為從分子水平上闡明家蠶產(chǎn)生抗藥性的原因，研究人員從實(shí)驗(yàn)一親本_____細(xì)胞中提取總RNA，獲取cDNA，測(cè)定親本受體基因堿基序列如圖。

起始密碼子	終止密碼子	酪氨酸密碼子
AUG/GUG	UAA/UAG	UAU/UAC

從分子水平推測(cè)家蠶抗藥性產(chǎn)生的原因____________________________

（4）依據(jù)Bt受體基因設(shè)計(jì)的靶向sgRNA，可以與限制酶Cas9結(jié)合，定點(diǎn)切除受體基因的39個(gè)核苷酸。sgRNA 和 Cas9 mRNA 的混合物注射到______型家蠶受精卵中，若其發(fā)育成的家蠶幼蟲(chóng)表現(xiàn)為________，則進(jìn)一步證明上述推測(cè)成立。

（5）基因編輯技術(shù)能精確靶向修飾生物體基因組特定位點(diǎn)，人為改造生物體的遺傳信息。請(qǐng)從利弊兩方面說(shuō)明該技術(shù)的應(yīng)用是一把“雙刃劍”__________

Answer 1

【答案】基因頻率（定向）改變 品種B和品種H 常 隱 實(shí)驗(yàn)三（或五或六） 中腸 敏感型受體基因中插入3個(gè)堿基對(duì)，導(dǎo)致基因突變，進(jìn)而在受體蛋白中插入一個(gè)氨基酸（酪氨酸），受體蛋白結(jié)構(gòu)改變，使受體不能與Bt毒蛋白結(jié)合而產(chǎn)生抗藥性 敏感 抗藥（型） 正面：生物育種（育種方向）；基因診斷；基因治療；靶向治療；藥物生產(chǎn)（醫(yī)藥方向）。負(fù)面：基因污染；生態(tài)環(huán)境破壞；“外來(lái)物種入侵”；產(chǎn)生新的致病菌（環(huán)境方向）；基因歧視（倫理方向）；食品安全（食品安全健康方向）

【解析】

1、在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會(huì)發(fā)生定向改變，導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進(jìn)化。

2、由題意可知，sgRNA與限制酶Cas9結(jié)合，可定點(diǎn)切除受體基因的39個(gè)核苷酸，使受體基因功能喪失。

（1）由于害蟲(chóng)會(huì)發(fā)生基因突變，使種群中出現(xiàn)含抗Bt毒蛋白基因的個(gè)體。以Bt毒蛋白為有效成分的農(nóng)藥長(zhǎng)期使用對(duì)害蟲(chóng)起選擇作用，會(huì)使害蟲(chóng)的抗Bt毒蛋白基因頻率升高，使藥效減弱直至喪失，無(wú)法在生產(chǎn)中繼續(xù)使用。

（2）①由表格的內(nèi)容可知，用Bt處理不同品種家蠶幼蟲(chóng)，使B品種家蠶幼蟲(chóng)出現(xiàn)半數(shù)死亡的Bt濃度（37.5mg/L）最小；使H品種家蠶幼蟲(chóng)出現(xiàn)半數(shù)死亡的Bt濃度（大于375mg/L）最大。因此，研究人員欲選擇敏感型和抗藥型家蠶為親本進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)，最好選擇B品種家蠶為敏感型親本，H品種家蠶為抗藥型家蠶為親本。

②由實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二可知，敏感型和抗藥型家蠶雜交，子代家蠶全為敏感型，說(shuō)明敏感型為顯性性狀，抗藥型為隱性性狀。正交和反交，子代的表現(xiàn)型及比例相同，說(shuō)明家蠶敏感型和抗藥型的遺傳與性別無(wú)關(guān)，則這對(duì)等位基因位于常染色體上。因此，家蠶抗藥型是由位于常染色體上的隱性基因控制的。實(shí)驗(yàn)三中，雜合子（F1）與隱性純合子（抗藥型）雜交，子代中抗藥型∶敏感型=1∶1，說(shuō)明F1產(chǎn)生兩種配子且比例為1:1。或?qū)嶒?yàn)五、六中，雜合子F1自交，子代中抗藥型∶敏感型=1∶3，說(shuō)明F1產(chǎn)生兩種配子且比例為1:1。

（3）由“Bt毒蛋白與家蠶幼蟲(chóng)的中腸細(xì)胞特異性受體結(jié)合，使細(xì)胞膜穿孔，細(xì)胞裂解，幼蟲(chóng)死亡”可知，應(yīng)從實(shí)驗(yàn)一親本中腸細(xì)胞中提取總RNA，獲取cDNA，測(cè)定親本受體基因堿基序列。由題圖可知，抗藥型受體基因堿基序列比敏感型受體基因多了3個(gè)堿基對(duì)，為，且密碼子UAU編碼酪氨酸。由此可推測(cè)家蠶抗藥性產(chǎn)生的原因敏感型受體基因中插入3個(gè)堿基對(duì)，導(dǎo)致基因突變，進(jìn)而在受體蛋白中插入一個(gè)酪氨酸，受體蛋白結(jié)構(gòu)改變，使受體不能與Bt毒蛋白結(jié)合而產(chǎn)生抗藥性。

（4）由題意可知，sgRNA與限制酶Cas9結(jié)合，定點(diǎn)切除受體基因的39個(gè)核苷酸，使受體基因不能編碼合成受體。因此，sgRNA 和 Cas9 mRNA 的混合物應(yīng)注射到敏感型家蠶受精卵中。若其發(fā)育成的家蠶幼蟲(chóng)表現(xiàn)為抗藥型，則說(shuō)明受體基因不能編碼合成受體，家蠶幼蟲(chóng)的中腸細(xì)胞無(wú)受體與Bt毒蛋白結(jié)合而產(chǎn)生抗藥性，進(jìn)一步證明上述推測(cè)成立。

（5）基因編輯技術(shù)在農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥和醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，例如生物育種、基因診斷、基因治療、藥物生產(chǎn)等�；�因編輯技術(shù)在給人類的生產(chǎn)和生活帶來(lái)益處的同時(shí)，也使人們產(chǎn)生關(guān)于基因編輯技術(shù)安全性等方面的擔(dān)憂。例如，基因污染、生態(tài)環(huán)境破壞、“外來(lái)物種入侵”、產(chǎn)生新的致病菌、基因歧視、食品安全等