第一篇-專題六-微專題(三)-遺傳前沿科技

微專題(三)遺傳前沿科技生物科技的重要進(jìn)展與突破已經(jīng)在解決有關(guān)健康、醫(yī)藥、材料、能源、環(huán)境、氣候變化和人口增長等全球問題方面展現(xiàn)了巨大前景，關(guān)鍵性、前沿性、交叉性、顛覆性技術(shù)發(fā)展引起各國高度關(guān)注，積極布局新一代基因組技術(shù)、合成生物技術(shù)、微生物組技術(shù)、生物成像技術(shù)研發(fā)。尤其是基因組學(xué)技術(shù)不斷突破，引領(lǐng)基因組研究從“讀取”進(jìn)入到“編輯”和“編寫”時(shí)代。近幾年的諾貝爾獎(jiǎng)多次涉及基因表達(dá)或基因編輯的相關(guān)內(nèi)容。命題點(diǎn)有：①基因打靶；②基因編輯；③誘導(dǎo)多能干細(xì)胞；④細(xì)胞自噬的機(jī)制和相關(guān)基因表達(dá)(預(yù)測(cè)命題點(diǎn))。誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞，把Oct3/4、Sox2、C－myc和Klf4這四種轉(zhuǎn)錄因子基因克隆入病毒載體，然后引入小鼠成纖維細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)可誘導(dǎo)其發(fā)生轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生的iPS細(xì)胞在形態(tài)、基因和蛋白表達(dá)、表觀遺傳修飾狀態(tài)、細(xì)胞倍增能力、類胚體和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都與胚胎干細(xì)胞相似。與經(jīng)典的胚胎干細(xì)胞技術(shù)和體細(xì)胞核移植技術(shù)不同，iPS技術(shù)不使用胚胎細(xì)胞或卵細(xì)胞，因此沒有倫理學(xué)的問題。利用iPS技術(shù)可以用病人自己的體細(xì)胞制備專有的干細(xì)胞，所以不會(huì)有免疫排斥的問題?；虼虬惺且环N利用同源重組方法改變生物體某一內(nèi)源基因的遺傳學(xué)技術(shù)。這一技術(shù)可以用于刪除某一基因、去除外顯子或?qū)朦c(diǎn)突變，從而可以對(duì)此基因的功能進(jìn)行研究?；蚓庉嫾夹g(shù)指能夠讓人類對(duì)目標(biāo)基因進(jìn)行定點(diǎn)“編輯”，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定DNA片段的修飾?；蚓庉嬕蕾囉诮?jīng)過基因工程改造的核酸酶，也稱“分子剪刀”，在基因組中特定位置產(chǎn)生位點(diǎn)特異性雙鏈斷裂(DSB)，誘導(dǎo)生物體通過非同源末端連接(NHEJ)或同源重組(HR)來修復(fù)DSB，因?yàn)檫@個(gè)修復(fù)過程容易出錯(cuò)，從而導(dǎo)致靶向突變。這種靶向突變就是基因編輯。基因編輯以其能夠高效率地進(jìn)行定點(diǎn)基因組編輯，在基因研究、基因治療和遺傳改良等方面展示出了巨大的潛力。植物基因的靶向修飾是基因編輯應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。首先可以通過修飾內(nèi)源基因來幫助設(shè)計(jì)所需的植物性狀，基因編輯技術(shù)還被應(yīng)用于改良農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。單細(xì)胞基因表達(dá)分析已經(jīng)解決了人類發(fā)育的轉(zhuǎn)錄路線圖，從中發(fā)現(xiàn)了關(guān)鍵候選基因用于功能研究。使用全基因組轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，基于CRISPR的基因組編輯工具使得干擾或刪除關(guān)鍵基因以闡明其功能成為可能。1．(2022·湖南長沙高三月考)科學(xué)家將Oct3、Sox2、C－myc和Klf4等基因?qū)敫叨确只捏w細(xì)胞中，使高度分化的成熟體細(xì)胞重新編程為可發(fā)育成身體組織的非成熟細(xì)胞，這種細(xì)胞與人類胚胎干細(xì)胞極其相似，稱為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPS細(xì)胞)，iPS細(xì)胞能被誘導(dǎo)分化為肝細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等人身上幾乎所有的細(xì)胞類型，被譽(yù)為再生醫(yī)療的王牌。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A．iPS細(xì)胞能分化成不同種類細(xì)胞的實(shí)質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)B．iPS細(xì)胞與成熟體細(xì)胞相比，細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)未發(fā)生變化C．利用iPS細(xì)胞的分化能力，有望成功治愈心臟類疾病D．iPS細(xì)胞有絲分裂后期的染色體數(shù)目和核DNA分子數(shù)目相同2．(2022·湖北武漢高三模擬)細(xì)菌抵御噬菌體的機(jī)理如圖所示：當(dāng)某些細(xì)菌第一次被特定的噬菌體感染后，細(xì)菌Cas2基因開始表達(dá)出Cas2(一種限制酶)，Cas2會(huì)隨機(jī)低效切斷入侵的噬菌體DNA，并將切下的DNA片段插入CRISPR位點(diǎn)。當(dāng)再次遭到同種噬菌體入侵時(shí)，細(xì)菌轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的crRNA便會(huì)將另一種限制酶(如Cas9)準(zhǔn)確帶到入侵者DNA處，并將之切斷。下列敘述錯(cuò)誤的是()A．Cas2切下1個(gè)DNA片段的過程中，需破壞4個(gè)磷酸二酯鍵B．Cas9借助crRNA識(shí)別外來噬菌體身份最可能是依靠堿基互補(bǔ)配對(duì)來實(shí)現(xiàn)的C．切下的DNA片段插入CRISPR位點(diǎn)后，會(huì)隨著細(xì)菌DNA的復(fù)制而復(fù)制D．上圖中crRNA的模板鏈最初來源于噬菌體DNA，其翻譯的產(chǎn)物是Cas93．(2022·遼寧錦州高三模擬)TALEN是一種靶向基因操作技術(shù)，該技術(shù)利用了TAL靶向識(shí)別單元對(duì)靶向基因的識(shí)別作用和FokⅠ蛋白對(duì)靶向基因的切割作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)特定靶向基因的敲除。TAL靶向識(shí)別單元為間隔32個(gè)氨基酸的雙連氨基酸(即兩個(gè)相連的氨基酸)序列。不同的雙連氨基酸分別與靶向基因中的A、T、C、G有恒定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)靶向基因的堿基序列可以設(shè)計(jì)出雙連氨基酸序列。下列說法錯(cuò)誤的是()A．該技術(shù)應(yīng)該先推測(cè)出信使RNA序列，再推測(cè)出目的基因的核苷酸序列B．在構(gòu)建的基因表達(dá)載體中，啟動(dòng)子應(yīng)位于基因的首端，它是RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位C．TALEN是一種靶向基因操作技術(shù)，其中FokⅠ蛋白實(shí)質(zhì)上是一種限制酶D．雙連氨基酸能夠與含氮堿基A、T、C、G之間發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)4．(2022·湖南婁底高三檢測(cè))細(xì)胞自噬是指細(xì)胞通過降解自身結(jié)構(gòu)或物質(zhì)使細(xì)胞存活的自我保護(hù)機(jī)制。圖1、圖2為細(xì)胞自噬的信號(hào)調(diào)控過程，AKT和mTor是抑制細(xì)胞凋亡和自噬的兩種關(guān)鍵蛋白激酶。下列說法錯(cuò)誤的是()A．細(xì)胞凋亡對(duì)生物體有利，細(xì)胞自噬對(duì)生物體不利B．胰島素可以作為信號(hào)分子與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合C．細(xì)胞外葡萄糖充足時(shí)，細(xì)胞凋亡和細(xì)胞自噬受到抑制D．圖中所示細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡的過程都受到細(xì)胞內(nèi)酶的調(diào)控5．(2022·山東煙臺(tái)高三月考)Cre－loxP系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)特定基因的敲除(如圖1)。把幾種熒光蛋白基因和Cre酶能識(shí)別并切割的序列(loxP1和loxP2)串在一起，構(gòu)建基因表達(dá)載體T(如圖2)。部分熒光蛋白基因會(huì)被Cre酶隨機(jī)“剪掉”，且兩個(gè)loxP1之間或兩個(gè)loxP2之間的基因，最多會(huì)被Cre酶敲除一次，剩下的部分得以表達(dá)，隨機(jī)呈現(xiàn)不同的顏色。下列敘述正確的是()A．構(gòu)建基因表達(dá)載體T需用到限制酶和DNA聚合酶B．若小鼠細(xì)胞含一個(gè)基因表達(dá)載體T(不含Cre酶)，其肌肉組織細(xì)胞呈紅色C．若小鼠細(xì)胞含一個(gè)基因表達(dá)載體T(含Cre酶)，其腦組織細(xì)胞呈紅色或黃色D．若小鼠細(xì)胞含兩個(gè)基因表達(dá)載體T(含Cre酶)，其腦組織細(xì)胞可能出現(xiàn)兩種顏色6．2006年，科學(xué)家利用病毒將原癌基因(C－myc)、抑癌基因(Klf4)、Sox2和Oct4等轉(zhuǎn)入高度分化的小鼠成纖維細(xì)胞中，獲得iPS細(xì)胞。在探索肌萎縮側(cè)索硬化(ALS，俗稱“漸凍癥”)的治療中，科研人員利用iPS細(xì)胞誘導(dǎo)分化成異常的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元建立ALS疾病模型，用于進(jìn)行大規(guī)模藥物篩選及藥效機(jī)制研究。在Ⅰ型糖尿病的治療中，iPS細(xì)胞定向分化為胰島B細(xì)胞，將其輸入患者體內(nèi)，替代被破壞的胰島B細(xì)胞，顯著改善了患者的血糖控制。2022年3月，我國科學(xué)家通過兩個(gè)關(guān)鍵因子誘導(dǎo)DNA去甲基化，將人類多能性干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為8細(xì)胞階段全能性胚胎樣細(xì)胞(簡稱8CL細(xì)胞)。這是目前全球通過無轉(zhuǎn)基因、快速和可控的方法獲得的體外培養(yǎng)的“最年輕”的人類細(xì)胞。相比于誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(簡稱iPS細(xì)胞)，這些細(xì)胞不僅能分化成胎盤組織，還有潛力發(fā)育成更成熟的器官。從ES細(xì)胞到iPS細(xì)胞，再到8CL細(xì)胞的技術(shù)突破，都為早期胚胎發(fā)育的基礎(chǔ)研究提供了一種新的體外研究系統(tǒng)，有助于我們了解早期胚胎發(fā)育和疾病發(fā)生之間的關(guān)系，以及研究和治療出生缺陷和各種發(fā)育疾病，也使個(gè)體化器官再生最終有可能成為現(xiàn)實(shí)。請(qǐng)回答下列問題：(1)ES細(xì)胞和8CL細(xì)胞具有________性，其分化過程從分子水平上看是________________的結(jié)果。(2)利用成纖維細(xì)胞獲得iPS細(xì)胞的過程中，轉(zhuǎn)入C－myc、Klf4、Sox2和Oct4等的作用是________________________________________________________________________________________________________。(3)結(jié)合文中信息，下列可以應(yīng)用iPS細(xì)胞實(shí)現(xiàn)的有________(多選)。A．利用iPS細(xì)胞研究完整的哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)育過程B．利用iPS細(xì)胞分化獲得神經(jīng)元，用于治療阿爾茨海默病C．利用iPS細(xì)胞誘導(dǎo)形成疾病模型細(xì)胞，對(duì)藥物的安全性和有效性進(jìn)行檢測(cè)D．誘導(dǎo)iPS細(xì)胞形成囊胚并植入子宮，使其進(jìn)一步發(fā)育成新個(gè)體(4)與異體