學(xué)習(xí)以下材料,回答(1)~(5)題。
CRISPR/Cas基因編輯技術(shù)的脫靶檢測
1987年,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)大腸桿菌基因組DNA中有一些重復(fù)結(jié)構(gòu):一段29個堿基的序列反復(fù)出現(xiàn)了多次,兩兩之間都被32個堿基形成的看似無規(guī)律的間隔序列隔開,這種重復(fù)結(jié)構(gòu)被命名為CRISPR(圖1)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),多種細(xì)菌均有CRISPR結(jié)構(gòu),且很多間隔序列與侵染細(xì)菌的一些噬菌體基因組序列一致。CRISPR的間隔序列轉(zhuǎn)錄形成的RNA(sgRNA)在細(xì)胞內(nèi)與Cas9酶結(jié)合成復(fù)合體,一旦在細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)能與sgRNA配對的DNA分子,Cas9酶就會對該DNA分子進(jìn)行切割,破壞其功能(圖2)。
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科學(xué)家基于此,構(gòu)建了對DNA序列進(jìn)行定點切割的CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)。將編碼Cas9酶和sgRNA的基因作為目的基因,構(gòu)建基因表達(dá)載體后導(dǎo)入受體細(xì)胞,可對細(xì)胞內(nèi)某個基因定點切割,引發(fā)被切割部位的隨機突變??蒲腥藛T在CRISPR/Cas9編輯系統(tǒng)基礎(chǔ)上開發(fā)了CBE單堿基編輯系統(tǒng),將Cas9酶替換成CBE融合蛋白,能將靶位點的胞嘧啶C脫氨基成尿嘧啶U,進(jìn)而通過DNA復(fù)制實現(xiàn)堿基對替換。
基因編輯可能造成非目標(biāo)序列的堿基改變,稱為脫靶。我國科研工作者建立了一種脫靶檢測技術(shù),在小鼠受精卵分裂到2細(xì)胞時期,編輯其中1個,胚胎繼續(xù)發(fā)育到14.5天時,利用細(xì)胞分選技術(shù)選出被編輯過和未被編輯過的細(xì)胞,再進(jìn)行DNA提取和全基因組測序,比較兩組差異(圖3)。脫靶檢測發(fā)現(xiàn)CRISPR/Cas9編輯系統(tǒng)脫靶率較低,而CBE系統(tǒng)脫靶率較高,必須加以改進(jìn)才能應(yīng)用于遺傳病的臨床治療。
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(1)列表比較限制性內(nèi)切核酸酶和CRISPR/Cas9復(fù)合體作用的異同點
限制酶
CRISPR/Cas9
不同點
識別、切割DNA的特定核苷酸序列
根據(jù)sgRNA識別與之配對的DNA分子后進(jìn)行切割,且能引發(fā)突變
相同點
均能切割DNA
限制酶
CRISPR/Cas9
不同點
識別、切割DNA的特定核苷酸序列
根據(jù)sgRNA識別與之配對的DNA分子后進(jìn)行切割,且能引發(fā)突變
相同點
均能切割DNA
。
(2)大腸桿菌不同菌株CRISPR區(qū)域中的間隔序列是不同的,導(dǎo)致這種差異最可能的原因是 不同菌株的祖先種感染的噬菌體有差異不同菌株的祖先種感染的噬菌體有差異。
(3)CBE編輯系統(tǒng)將靶位點胞嘧啶脫氨基后,細(xì)胞復(fù)制 22次后,子代DNA中靶位點堿基對由C-G徹底替換成 T-AT-A,實現(xiàn)單堿基編輯。
(4)小鼠受精卵可以從雌鼠輸卵管中采集或通過 體外受精體外受精技術(shù)獲得。向2細(xì)胞期胚胎中的1個細(xì)胞進(jìn)行顯微注射時,因不需長期在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在和表達(dá),可以以RNA形式注入的有 ①②③①②③(填序號)。
①Cas9 mRNA
②CBE mRNA
③sgRNA
④標(biāo)記基因RNA
(5)脫靶檢測過程中標(biāo)記基因的作用是 分選被編輯細(xì)胞與未編輯細(xì)胞的后代分選被編輯細(xì)胞與未編輯細(xì)胞的后代。與用同一品系小鼠不同受精卵進(jìn)行脫靶檢測相比,上述脫靶檢測技術(shù)更加精準(zhǔn),原因是 來自同一受精卵的基因相同,實驗組和對照組結(jié)果差異是基因編輯工具不同造成的來自同一受精卵的基因相同,實驗組和對照組結(jié)果差異是基因編輯工具不同造成的。
限制酶 | CRISPR/Cas9 | |
不同點 | 識別、切割DNA的特定核苷酸序列 | 根據(jù)sgRNA識別與之配對的DNA分子后進(jìn)行切割,且能引發(fā)突變 |
相同點 | 均能切割DNA |
限制酶 | CRISPR/Cas9 | |
不同點 | 識別、切割DNA的特定核苷酸序列 | 根據(jù)sgRNA識別與之配對的DNA分子后進(jìn)行切割,且能引發(fā)突變 |
相同點 | 均能切割DNA |
【考點】基因工程的操作過程綜合.
【答案】
;不同菌株的祖先種感染的噬菌體有差異;2;T-A;體外受精;①②③;分選被編輯細(xì)胞與未編輯細(xì)胞的后代;來自同一受精卵的基因相同,實驗組和對照組結(jié)果差異是基因編輯工具不同造成的
限制酶 | CRISPR/Cas9 | |
不同點 | 識別、切割DNA的特定核苷酸序列 | 根據(jù)sgRNA識別與之配對的DNA分子后進(jìn)行切割,且能引發(fā)突變 |
相同點 | 均能切割DNA |
【解答】
【點評】
聲明:本試題解析著作權(quán)屬菁優(yōu)網(wǎng)所有,未經(jīng)書面同意,不得復(fù)制發(fā)布。
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