《2026年理想树试题攻略高中生物》

23. (12分)细菌抵御噬菌体的机理如图1所示：当某些细菌第一次被特定的噬菌体感染后，细菌Cas2基因开始表达出Cas2蛋白，Cas2蛋白会随机处理感染的噬菌体DNA，将其从内部切成多个DNA片段，并将其中一些片段插入图中所示细菌的CRISPR特殊位点。当同种噬菌体再次入侵时，细菌转录产生的crRNA便会将另一种蛋白质(如Cas9)准确带到入侵的噬菌体DNA处，并将之切断，从而抵御同种噬菌体的侵染。请回答下列问题：
(1)细菌抵御噬菌体侵染机制的形成是生物进化(自然选择)的结果。
(2)赫尔希和蔡斯的实验不可以(填“可以”或“不可以”)重复使用被同种噬菌体侵染过的大肠杆菌。
(3)在细菌体内形成的crRNA与Cas9结合形成的CRISPR-Cas9系统作用时，crRNA通过碱基互补配对原则与噬菌体的靶DNA特异性结合，Cas9会定位切割DNA分子中的磷酸二酯键，从而使外源DNA失效。
(4)基于细菌抵御外源病毒侵染机制，科研人员创设了CRISPR-Cas9基因编辑技术，原理如图2所示。CRISPR-Cas9与AAV病毒的结合使用可将目的基因靶向导入受体细胞，图3呈现部分原理。
①CRISPR-Cas9编辑系统对目的基因进行编辑的过程如图2所示，但在实际应用中会出现CRISPR-Cas9编辑系统对非目的基因进行编辑的现象，称之为“脱靶”。研究发现脱靶几率与向导RNA的长度相关，向导RNA的识别序列越短(填“长”或“短”)，基因编辑的脱靶率越高。
②AAV是一种非致病性DNA病毒，在基因工程中常作为载体将目的基因导入受体细胞。
③图3中的靶序列相关DNA片段是人体细胞染色体上的相关序列。为将目的基因导入靶序列，将图3中的CRISPR-Cas9相关DNA片段和AAV基因组分别构建基因表达载体并导入人体的多能干细胞，一段时间后提取4种类型细胞(S1~S4)的核DNA，加入图3所示的部分引物分别进行PCR扩增，凝胶电泳的结果如图4所示。
用引物1和2扩增后能检测到条带说明目的基因成功导入靶序列DNA片段中。用引物1和3扩增能得到两种类型条带的结果说明同源染色体上只有一条染色体上导入了目的基因。图4中两条同源染色体上都导入了目的基因的细胞类型是S1、S3。
④某些组别中会出现多个AAV基因组DNA通过ITR序列串联插入的情况。研究人员用图3中引物1和4对③中另外4种类型细胞(A~D)的DNA进行扩增，同时检测了细胞中导入目的基因的拷贝数，结果如图5(不考虑核DNA复制)。A组和B组理论上扩增出的不同大小DNA片段分别为2和1种。D组结果表明细胞中两条同源染色体上均导入了目的基因，且共导入了3个目的基因。

答案： 23.(除标注外，每空1分，共12分)
(1)生物进化(自然选择)
(2)不可以
(3)碱基互补配对 磷酸二酯
(4)①短 ②载体 ③目的基因成功导入靶序列DNA片段中 同源染色体上只有一条染色体上导入了目的基因S1、S3 ④2和1 细胞中两条同源染色体上均导入了目的基因，且共导入了3个目的基因(2分)
重难考点PCR及电泳
【深度解析】
(1)细菌抵御噬菌体侵染的机制是一种适应性特征，是生物进化(或自然选择)的结果。
(2)赫尔希和蔡斯的实验目的是区分噬菌体的蛋白质和DNA在遗传中的作用，结合题干信息分析可知，需要用未被噬菌体侵染过的大肠杆菌进行实验，若重复使用被侵染的大肠杆菌，其体内可能残留噬菌体成分，会干扰对亲代噬菌体物质去向的追踪。因此，不可以重复使用被同种噬菌体侵染过的大肠杆菌。
(3)RNA可以通过碱基互补配对与DNA结合，Cas9定位切割DNA分子中的磷酸二酯键，使外源DNA失效。
(4)①脱靶的原因是CRISPR - Cas9识别目的基因的特异性不强，向导RNA的识别序列越短，特异性越低，基因编辑的脱靶率越高。②非致病性DNA病毒可以用作基因工程的载体，将目的基因导入受体细胞。③分析题图3可知，引物1和引物2是分别根据载体与目的基因的序列设计的，在PCR体系中加入引物1和引物2扩增后能检测到条带说明目的基因成功导入靶序列DNA片段中。因为野生型没有目的基因，加入引物2无法扩增出条带。用引物1和3扩增能得到两种类型条带的结果说明同源染色体上只有一条染色体上导入了目的基因，因此，题图4中两条同源染色体上都导入了目的基因的细胞类型是S1和S3，因为S1和S3用引物1和3扩增的电泳结果只含有一个条带，且引物1和3扩增的电泳结果也显示有一种类型的条带，说明两条同源染色体都有目的基因插入。④据题图5所示，A组含有野生型靶序列和目的基因的靶序列，因此A组能扩增出2种不同大小的DNA片段，B组只含有目的基因的靶序列，因此只能扩增出1种DNA片段。D组的总拷贝数达到了3，且只含目的基因的靶序列，说明D组细胞中两条同源染色体上均导入了目的基因，且共导入了3个目的基因。