Question

【题目】2018年第一例基因编辑的婴儿的诞生，引起中国医学与科研界的普遍震惊与强烈谴责。这一婴儿的基因编辑利用了最新的CRISPR/Cas9系统。该系统作为新一代基因编辑工具是由Cas9和单导向RNA（sgRNA）构成。Cas9是一种核酸内切酶，它和sgRNA构成的复合体能与DNA分子上的特定序列结合，并在特定位点切断DNA双链（如图甲所示）。DNA被切断后，细胞会启动DNA损伤修复机制。在此基础上如果为细胞提供一个修复模板，细胞就会按照提供的模板在修复过程中引入片段插入或定点突变，从而实现基因的编辑或敲除。

（1）真核细胞中没有编码Cas9的基因，可利用基因工程的方法构建____________，将Cas9基因导入真核细胞。这一过程需使用的酶有_________________，用于催化核苷酸之间的____________键的断开或形成。

（2）一般来说，在使用CRISPR/Cas9系统对不同基因进行编辑时，应使用Cas9和______（填相同或不同）的sgRNA进行基因的相关编辑。

（3）2019年12月《Science》杂志，报道了杭州启函生物科技有限公司以该基因编辑技术改造猪，以期望将基因编辑猪（如图乙）的器官用于人体器官移植的研究工作。基因编辑猪比常规试管猪的形成多一个步骤，即把Cas9蛋白和特定的引导序列利用_____________________________方法导入________________细胞中。

（4）结合上述材料，作为一个有责任感的你，认为基于CRISPR/Cas9系统的基因编辑技术在______________________________________等方面有广阔的应用前景。（至少答出两点）

Answer 1

【答案】基因表达载体 限制酶和DNA连接酶 磷酸二酯键 不同 显微注射 受精卵 基因治疗、基因水平进行动植物的育种、研究基因的功能等

【解析】

基因工程是狭义的遗传工程，基因工程的基本原理是让人们感兴趣的基因（即目的基因）在宿主细胞中稳定高效地表达。为了实现基因工程的目标，通常要有多种工具酶、目的基因、载体和宿主细胞等基本要素，并按照一定的程序进行操作，它包括目的基因的获得、重组DNA的形成，重组DNA导入受体细胞也称（宿主）细胞、筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因的表达等几个方面。

（1）真核细胞中没有编码Cas9的基因，可利用基因工程的方法构建基因表达载体，将Cas9基因与载体相连，导入真核细胞。这一过程需使用的酶有限制酶（得到相同的粘性末端）和DNA连接酶（连接目的基因和载体）。限制酶用于催化核苷酸之间的磷酸二酯键的断开，DNA连接酶用于催化核苷酸之间的磷酸二酯键的形成。

（2）一般来说，在使用CRISPR/Cas9系统对不同基因进行编辑时，不同的基因序列不同，应采用不同的sgRNA进行基因的相关编辑。

（3）基因编辑猪需将外源基因导入猪的细胞，比常规试管猪的形成多一个步骤，即把Cas9蛋白和特定的引导序列利用显微注射方法导入受精卵细胞中。

（4）结合上述材料，认为基于CRISPR/Cas9系统的基因编辑技术在基因治疗、基因水平进行动植物的育种、研究基因的功能等方面有广阔的应用前景。