Question

【題目】現代生物技術

中國科學院神經科學研究所利用 CRISPR-Cas9 基因編輯技術（圖 1）構建了一批敲除調控生物節律關鍵基因 BMAL1 的生物節律紊亂獼猴，作為抗失眠治療研究的動物模型。

（CRISPR-Cas9 基因編輯的工作原理）

CRISPR-Cas9 基因編輯系統由單鏈向導RNA（sgRNA）和Cas9 蛋白組成，其中 sgRNA 的堿基序列可以人為任意設計，當其與靶 DNA 上某序列發生局部互補結合時，Cas9 蛋白就可以像“剪刀”一樣切斷此處的DNA 序列。

（1）sgRNA 和Cas9 蛋白組成的系統，在功能上最接近于_____。

A. DNA 水解酶 B. RNA 聚合酶 C. 限制性內切酶 D. 限制性外切酶

（2）圖 2 所示為 DNA 分子局部結構示意圖，方框中所示結構稱為____________________________， Cas9 蛋白的作用位點是圖 2 中的________________________（選填①、②或③）。在使用 CRISPR-Cas9技術從靶基因中切除一個片段后，細胞需對 DNA 分子上產生的斷裂切口進行連接修復， 參與這一修復過程的酶在功能上最接近于_________。

A. DNA 聚合酶 B. RNA 聚合酶 C. DNA 連接酶 D. RNA 連接酶

（3）在構建 BMAL1 基因敲除的生物節律紊亂獼猴時，應通過何種技術將 CRISPR-Cas9基因編輯系統導入獼猴的何種細胞_______________。

A. 干細胞技術、受精卵 B. 干細胞技術、去核卵細胞

C. 顯微注射技術、受精卵 D. 顯微注射技術、去核卵細胞

（生物節律紊亂獼猴的批量生產）

中國科學院神經科學研究所采用 CRISPR-Cas9 基因編輯技術所獲得的第一代生物節律紊亂獼猴中，個體之間 BMAL1 基因被編輯的程度各不相同，導致每只獼猴所表現出的生物節律紊亂程度存在差異。

（4）科學家認為，第一代生物節律紊亂獼猴無法直接作為抗生物節律失常治療研究的動物模型，請從實驗設計基本原則的角度分析其原因___________________為了克服這一局限，在第一代生物節律紊亂獼猴基礎上構建第二代能夠直接用作抗生物節律失常治療研究的動物模型時，應借助的現代生物技術是__________________。

Answer 1

【答案】C （腺嘌呤）脫氧核苷酸 ② C C 每一只獼猴的生物節律紊亂程度都不同，既無法基于單一變量原則研究比較不同治療方案的優劣，也無法基于平行重復原則對同一治療方案的療效多次實驗取平均值 取某一具有特定生物節律紊亂程度的獼猴體細胞核若干，通過細胞核移植技術克隆出若干與其具有相同性狀的第二代獼猴

【解析】

分析圖1：圖1為CRISPR-Cas9基因編輯的工作原理，sgRNA和Cas9蛋白組成的系統中sgRNA的堿基序列可以人為任意設計，當其與靶DNA上某序列發生局部互補結合時，Cas9蛋白就可以像“剪刀”一樣切斷此處的DNA序列。

分析圖2：圖2為DNA分子片段，其中方框中為腺嘌呤脫氧核苷酸，①為氫鍵，②為脫氧核苷酸之間磷酸二酯鍵，③為脫氧核苷酸內部的磷酸二酯鍵。

（1）sgRNA和Cas9蛋白組成的系統中sgRNA的堿基序列可以人為任意設計，當其與靶DNA上某序列發生局部互補結合時，Cas9蛋白就可以像“剪刀”一樣切斷此處的DNA序列。由此可見，其在功能上最接近于限制性內切酶，故選C。

（2）圖2所示為DNA分子局部結構示意圖，其中方框中所示結構稱為腺嘌呤脫氧核苷酸；Cas9蛋白的作用位點是脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵，即圖2中的②；在使用CRISPR-Cas9技術從靶基因中切除一個片段后，細胞需對DNA分子上產生的斷裂切口進行連接修復，參與這一修復過程的酶在功能上最接近于DNA連接酶，故選C。

（3）將目的基因導入動物細胞常用的方法是顯微注射法；由于受精卵的全能性最高，因此應該將目的基因導入受精卵中，故選C。

（4）科學家認為，第一代生物節律紊亂獼猴無法直接作為抗生物節律失常治療研究的動物模型，原因是每一只獼猴的生物節律紊亂程度都不同，既無法基于單一變量原則研究比較不同治療方案的優劣，也無法基于平行重復原則對同一治療方案的療效多次實驗取平均值；為了克服這一局限，在第一代生物節律紊亂獼猴基礎上構建第二代能夠直接用作抗生物節律失常治療研究的動物模型時，應借助核移植技術，即取某一具有特定生物節律紊亂程度的獼猴體細胞核若干，通過細胞核移植技術克隆出若干與其具有相同性狀的第二代獼猴。