最新高考生物一轮复习课件（新人教版） 第10单元　解惑练5　CRISPR Cas9技术

这是一份最新高考生物一轮复习课件（新人教版） 第10单元　解惑练5　CRISPR Cas9技术，共24页。PPT课件主要包含了高考生物一轮复习策略，解惑练5，核糖核苷酸和氨基，磷酸二酯，crRNA，Cas9蛋白，基因和sgRNA基因，农杆菌转化，植物组织培养等内容，欢迎下载使用。
1、落实考点。一轮复习时要在熟读课本、系统掌握基础知识、基本概念和基本原理后，要找出重点和疑点；通过结合复习资料，筛选出难点和考点，有针对地重点复习。这就需要在掌握重点知识的同时，要善于进行知识迁移和运用，提高分析归纳的能力。2、注重理论联系实际。生物的考试并不仅仅是考概念，学会知识的迁移非常重要，并要灵活运用课本上的知识。不过特别强调了从图表、图形提取信息的能力。历年高考试题，图表题都占有比较大的比例。那些图表题虽不是教材中的原图，但它源于教材而又高于教材，是对教材内容和图表的变换、深化、拓展，使之成了考查学生读图能力、综合分析能力、图文转换能力的有效途径。3、一轮复习基础知识的同时，还要重点“攻坚”，突出对重点和难点知识的理解和掌握。这部分知识通常都是学生难于理解的内容，做题时容易出错的地方。分析近几年的高考生物试题，重点其实就是可拉开距离的重要知识点。　4、学而不思则罔，思而不学则殆。这一点对高三生物一轮复习很重要。尤其是对于错题。错题整理不是把错题抄一遍。也不是所有的错题都需要整理。
CRISPR/Cas9技术
1.CRISPR/Cas9技术敲除掉部分基因原理(1)CRISPR/Cas9是细菌的一种后天免疫防御机制——CRISPR序列示意图如下(其中，菱形框表示高度可变的间隔序列，正方形表示相对保守的重复序列)，其中的“间隔序列”来源于病毒或外源质粒的一小段DNA，是细菌对这些外来入侵者的“记录”。
(2)病毒或外源质粒上存在“原间隔序列”，“间隔序列”正是与它们互相对应。“原间隔序列”的选取并不是随机的，这些原间隔序列的两端向外延伸的几个碱基往往都很保守，我们称为PAM(原间隔序列临近基序)。
(3)当病毒或外源质粒DNA首次入侵到细菌体内时，细菌会对外源DNA潜在的PAM序列进行扫描识别，将临近PAM的序列作为候选的“原间隔序列”，将其整合到细菌基因组上CRISPR序列中的两个“重复序列”之间。这就是“间隔序列”产生的过程。(4)当外源质粒或病毒再次入侵宿主菌时，会诱导CRISPR序列的表达。同时，在CRISPR序列附近还有一组保守的蛋白编码基因，称为Cas基因。CRISPR序列的转录产物CRISPR RNA和Cas基因的表达产物等一起合作，通过对PAM序列的识别，以及“间隔序列”与外源DNA的碱基互补配对，来找到外源DNA上的靶序列，并对其切割，降解外源DNA。这也就实现了对病毒或外源质粒再次入侵的免疫应答。
2.CRISPR/Cas9技术的运用和发展(1)具体运用如右图所示，在待敲除基因的上下游各设计一条向导RNA(指导RNA)，将其与含有Cas9蛋白编码基因的质粒一同转入细胞中，向导RNA通过碱基互补配对可以靶向PAM附近的目标序列，Cas9蛋白会使该基因上下游的DNA双链断裂。对于DNA双链的断裂这一生物事件，生物体自身存在着DNA损伤修复的应答机制，会将断裂上下游两端的序列连接起来，从而实现了细胞中目标基因的敲除。
(2)CRISPR/Cas9基因魔剪：当研究人员要用基因魔剪来编辑一个基因组时，他们会人工构建一个指导RNA，它与将要被切割的DNA代码相匹配。魔剪蛋白Cas9与指导RNA形成复合物，将魔剪带到基因组中将要进行切割的地方。(3)原始的CRISPR/Cas9会由于RNA定位偏差而出现脱靶效应，现在通过改进，可以大幅降低脱靶效应。同时还发现了一些新的系统，除了最开始的Cas9，后面又找到了Cas12的一系列酶，机理上有一定不同，但还是用以切割DNA；还有Cas13则用于切割RNA。基于Cas12和Cas13的开发以及机制研究，又发展出了新的工具用于快速检测病毒，效率可以达到几分钟检测一个样品，并且用到了现在的新冠病毒检测中。
1.CRISPR/Cas9基因编辑技术源于细菌抵御噬菌体的机理研究。细菌被特定噬菌体感染后，细菌Cas2会随机切断入侵的噬菌体DNA双链，并将切下的一个DNA片段(原型间隔序列)插入CRISPR位点(由间隔序列和重复序列交替排列组成的基因序列)的重复序列中，构成新的间隔序列，形成“免疫记忆”。当同种噬菌体再次入侵时，由CRISPR位点的新的间隔序列转录产生的crRNA便会将另一种蛋白质(如Cas9)准确带入到入侵者的原间隔序列DNA处，并将之切断，即“免疫灭杀”。
CRISPR/Cas9基因编辑技术中，sgRNA(单向导RNA)是根据靶基因设计的引导RNA，准确引导Cas9切割与sgRNA配对的靶基因DNA序列，CRISPR/Cas9系统进行基因编辑时，对DNA序列中的原型间隔序列相邻基序具有较高的编辑效率，如图所示。回答下列问题：
(1)细菌Cas2基因表达Cas2的过程需要细菌提供_____________________等原料，Cas2和Cas9在功能上都属于_____________________酶，可催化_________键水解。
限制性内切核酸(或限制)
宿主菌，原因可能是_______________________________________________________________________________________。
(2)CRISPR/Cas9系统中的sgRNA与细菌体内的________功能相同，都可以与相应靶基因序列发生碱基互补配对。细菌利用该防御机制可以有效抵抗噬菌体的二次入侵，但是仍然会有部分噬菌体能够继续侵染已经获得免疫能力的
致CRISPR位点形成的crRNA无法对其进行识别
噬菌体DNA中的原型间隔序列发生基因突变，导
(3)CRISPR/Cas9基因编辑技术存在一定的脱靶效应：正常情况下，sgRNA通过20个核苷酸长度的引导序列与目标DNA序列发生碱基互补配对准确识别需要编辑的位点，然而有时会发生第18～20个碱基不匹配的情况，此时，Cas9可通过一个手指状
的结构紧紧抓住错配区稳定住RNA－DNA双链，从而为Cas9切割DNA铺平道路，但这可能会导致Cas9在错误的基因位点切割双链DNA，从而引发潜在风险。请就如何降低脱靶效应，提出可能的思路：______________________________。
答案　设计Cas9酶，让其手指状结构远离DNA序列，从而在sgRNA和DNA错配时，不会用来稳定错配结构(合理即可)
2.(2023·河南安阳高三模拟)CRISPR/Cas9基因编辑技术可以按照人们的意愿精准剪切、改变任意靶基因的遗传信息，其原理是由一条单链向导RNA(sgRNA)引导Cas9蛋白到一个特定的基因位点进行切割，从而达到基因定点敲除、敲入、突变的目的。通过设计向导RNA中20个碱基的识别序列，可人为选择DNA上的目标位点进行切割(如图所示)。请据图分析回答下列问题：
(1)CRISPR/Cas9基因编辑技术中，sgRNA是根据靶基因设计的向导RNA，准确引导Cas9切割与sgRNA配对的靶基因DNA序列。Cas9借助
向导RNA对目标DNA分子进行精准定位，依赖于________________________________________________；Cas9蛋白能对目标位点进行准确切割，是因为______________________________________________________________________________。
向导RNA识别序列与目标DNA之间的碱基互补配对
Cas9蛋白能识别特定核苷酸序列并在特定位点断开磷酸二酯键(Cas9蛋白具有专一性)
(2)在使用Cas9对不同目标DNA进行编辑时，应使用Cas9蛋白和____(填“相同”或“不同”)的向导RNA进行基因编辑。在设计向导
RNA识别序列时，若目标DNA的α链切点附近序列为…GAATCTCCA…，则向导RNA上识别序列为___________________。
…GAAUCUCCA…
(3)已知玉米中赖氨酸含量较低，原因是与赖氨酸合成过程中的两个关键酶——天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，受细胞内赖
氨酸浓度影响较大。当赖氨酸浓度达到一定量时就影响这两种酶的活性，从而使赖氨酸含量很难提高，不能满足需求。现使用CRISPR/Cas9基因编辑技术对天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶基因进行改造，
首先需要构建由启动子、__________________________(目的基因)、标记基因、终止子等组成的基因表达载体，然后使用____________法
导入玉米细胞，完成转化后CRISPR/Cas9系统可在玉米体细胞中特定的基因位点改写遗传信息，再经______________技术培育成赖氨酸高产的玉米植株。