2025年大學《生物技術》專業(yè)題庫——遺傳異質性調控技術在生物技術中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.遺傳異質性2.CRISPR-Cas9系統(tǒng)3.基因治療4.分子標記輔助選擇5.表觀遺傳調控二、簡答題（每題5分，共25分）1.簡述體細胞突變在產(chǎn)生遺傳異質性中的意義和實例。2.比較基因編輯技術（如CRISPR）與傳統(tǒng)基因工程技術（如PCR定位克隆）在靶向精度和效率方面的主要區(qū)別。3.簡述基因治療中，使用病毒載體遞送治療基因的主要機制及其潛在風險。4.精準農業(yè)中，基因組選擇（GS）相較于分子標記輔助選擇（MAS）有哪些優(yōu)勢？其應用面臨哪些挑戰(zhàn)？5.表觀遺傳調控在維持細胞特異性和應對環(huán)境變化中扮演著重要角色，請列舉兩種主要的表觀遺傳修飾方式及其功能。三、論述題（每題10分，共30分）1.論述CRISPR-Cas9基因編輯技術在遺傳病診斷和潛在治療中的應用前景及其面臨的倫理挑戰(zhàn)。2.以農作物改良為例，詳細闡述如何利用遺傳異質性調控技術（如基因編輯、轉基因技術、基因沉默等）來提高作物的產(chǎn)量、抗逆性或營養(yǎng)價值，并分析其中可能的技術瓶頸。3.遺傳異質性調控技術（如基因檢測、基因治療、表觀遺傳藥物等）在腫瘤發(fā)生發(fā)展和治療中展現(xiàn)出巨大潛力。請結合具體實例，論述這些技術在癌癥精準診療中的應用策略，并探討當前存在的局限性及未來研究方向。試卷答案一、名詞解釋1.遺傳異質性：指同一生物種群或個體內存在多種不同的遺傳組成的現(xiàn)象。來源包括基因突變（點突變、插入/缺失、重排等）、基因重組、染色體變異、多倍性以及表觀遺傳變異等。它使得種群具有多樣性，是進化的基礎，也在個體水平上導致不同細胞遺傳背景的差異（如腫瘤中的異質性）。2.CRISPR-Cas9系統(tǒng)：一種來源于細菌和古菌的適應性免疫系統(tǒng)，可特異性識別并切割外來DNA（如病毒）。其核心是向導RNA（gRNA，包含目標序列）和Cas9核酸酶。gRNA識別靶向DNA序列，Cas9在PAM序列（鄰近靶點）處切割DNA雙鏈，實現(xiàn)基因編輯。具有高效、精確、易操作、可定點修飾等優(yōu)點。3.基因治療：一種旨在修正或補償缺陷基因功能、治療或預防遺傳性疾病或某些acquired（獲得性）疾病的治療方法。通常涉及將功能性基因或基因調控元件導入靶細胞（體細胞或生殖細胞），以替換、補充或調控缺陷基因的表達。4.分子標記輔助選擇：利用與目標性狀緊密連鎖的DNA分子標記（如RFLP、AFLP、SSR、SNP等），通過間接選擇攜帶目標基因或基因片段的個體，進行遺傳改良的一種育種方法。它不直接改變基因型，但能加速優(yōu)良基因的聚合和篩選。5.表觀遺傳調控：指不涉及DNA序列堿基序列改變，卻能影響基因表達模式的遺傳現(xiàn)象。主要包括DNA甲基化（如在CpG島添加甲基基團）和組蛋白修飾（如乙?；⒘姿峄?、甲基化等）。這些修飾可以穩(wěn)定或可逆地改變染色質結構，從而調控基因的開啟或關閉。二、簡答題1.體細胞突變是指發(fā)生在體細胞（非生殖細胞）中的基因突變。這些突變通常不會遺傳給后代，但在多細胞生物中，體細胞突變可能導致細胞功能異常，是腫瘤發(fā)生的重要誘因。例如，皮膚細胞中的突變可導致皮膚癌，造血干細胞中的突變可導致白血病。在克隆技術中，體細胞內存在的突變可能導致克隆后代出現(xiàn)性狀異?；蜻z傳病。2.基因編輯技術（如CRISPR）能通過向導RNA精確識別目標DNA位點，實現(xiàn)特異性切割或修飾，靶向精度極高，且可在細胞分裂間期進行編輯。效率也相對較高，尤其對于基因組中簡單序列的目標位點。傳統(tǒng)基因工程技術（如PCR定位克?。┩ǔＰ枰瓤寺∧繕嘶?，然后將其整合到載體中，再轉入受體細胞，過程繁瑣，且整合位點通常是隨機的，靶向精度較低，效率也受多種因素影響。3.病毒載體通過其天然的感染過程將外源基因遞送入宿主細胞。首先，病毒在細胞表面識別并結合受體，然后通過融合或內吞作用進入細胞。進入細胞后，病毒基因組（攜帶治療基因）被釋放，或通過逆轉錄合成雙鏈DNA。最終，治療基因在宿主細胞內表達，產(chǎn)生有功能的蛋白質。潛在風險包括免疫原性（引發(fā)宿主免疫反應，破壞病毒或治療細胞）、靶向性有限（可能感染非目標細胞）、基因容量限制、隨機整合可能導致的插入突變等。4.基因組選擇（GS）利用全基因組SNP數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計模型預測個體的復雜性狀（如產(chǎn)量、抗病性）的遺傳潛力，直接選擇整個基因組最優(yōu)的個體，無需預先知道與性狀緊密連鎖的分子標記。相比MAS，GS不依賴標記與性狀的連鎖關系，可以整合更多與性狀相關的基因位點信息，尤其適用于數(shù)量性狀，預測能力更強，選擇效率可能更高。但GS需要大量的基因組數(shù)據(jù)，模型構建復雜，對數(shù)據(jù)質量和統(tǒng)計方法要求高，且預測的準確性受群體結構、環(huán)境因素影響。5.兩種主要的表觀遺傳修飾方式及其功能：DNA甲基化：在DNA堿基（通常是胞嘧啶C）上添加甲基基團。通常在染色質高級結構組織和基因沉默中起作用。高甲基化通常與基因沉默相關（如X染色體失活、基因啟動子區(qū)域甲基化抑制轉錄）；低甲基化通常與活躍染色質相關。組蛋白修飾：在組蛋白（圍繞DNA的蛋白質）特定氨基酸殘基上添加或去除各種化學基團（如乙?；?、甲基、磷酸基等）。不同的修飾組合可以影響染色質的松散或緊密狀態(tài)（構象），進而調控基因表達。例如，組蛋白乙?；ǔＥc活躍染色質相關，促進基因轉錄；組蛋白甲基化則具有雙重作用，取決于甲基化的位置和特定的讀碼蛋白，既可激活也可抑制基因表達。三、論述題1.CRISPR-Cas9技術在遺傳病診斷中的應用前景廣闊。通過設計特異性gRNA，可以快速、準確地檢測個體基因組中是否存在與特定遺傳病相關的致病突變（如點突變、小片段缺失/插入）。在潛在治療方面，CRISPR可用于直接在患者細胞內修復致病基因。例如，通過體外提取患者細胞（如造血干細胞），利用CRISPR-Cas9系統(tǒng)編輯并修復突變基因，再將修飾后的健康細胞回輸患者體內，以達到治療目的。對于單基因遺傳病，CRISPR展現(xiàn)出巨大潛力。面臨的倫理挑戰(zhàn)包括：脫靶效應（編輯非目標位點）帶來的安全風險；基因編輯的長期效應尚不完全清楚；生殖系編輯（可遺傳給后代）引發(fā)的倫理爭議和潛在社會影響；治療費用的公平性、歧視風險以及公眾接受度等。2.利用遺傳異質性調控技術改良農作物：首先，通過基因測序、分子標記技術等手段，鑒定與產(chǎn)量、抗病性（如抗銹病、抗蟲）、抗逆性（如抗旱、耐鹽）、營養(yǎng)價值（如富含維生素A、提高蛋白質含量）等優(yōu)良性狀相關的基因或分子標記。其次，根據(jù)鑒定結果，選擇合適的遺傳異質性調控技術進行干預。例如：利用基因編輯（如CRISPR）精確修飾目標基因，提升抗性或產(chǎn)量相關基因的功能；利用轉基因技術將外源抗性基因（如Bt基因抗蟲）或高產(chǎn)、優(yōu)質基因導入作物；利用分子標記輔助選擇（MAS）在育種早期篩選攜帶優(yōu)良基因組合的個體，加速育種進程；利用基因沉默技術（如RNA干擾）抑制有害基因的表達（如降低農藝性狀中的不良成分）。技術瓶頸可能包括：基因編輯的脫靶風險和效率問題；轉基因技術的安全性爭議和法規(guī)限制；分子標記輔助選擇的遺傳連鎖漂移問題；復雜性狀（如產(chǎn)量）受多基因控制，難以精確改良；新型技術的研發(fā)成本高，推廣應用面臨障礙。3.遺傳異質性調控技術在癌癥精準診療中的應用策略：癌癥本身就具有高度的遺傳異質性，包括體細胞突變、染色體異常和表觀遺傳改變。精準診療正是利用這些異質性信息，制定個體化的治療方案。應用策略包括：基因檢測：通過高通量測序（如WES）或生物芯片技術，全面分析腫瘤樣本中的基因突變、拷貝數(shù)變異、染色體異常等，確定癌癥的分子分型，指導靶向治療和免疫治療的選擇。靶向治療：基于檢測到的特定致癌突變（如EGFR、ALK、ROS1等），使用小分子抑制劑或抗體藥物精準阻斷異常信號通路。免疫治療：識別腫瘤特有的突變抗原，通過疫苗或免疫檢查點抑制劑激活患者自身的免疫系統(tǒng)來殺傷腫瘤細胞，尤其適用于具有高突變負荷的腫瘤。基因編輯：在體外修飾患者來源的免疫細胞（如T細胞），使其能特異性識別和殺傷腫瘤細胞（如CAR-T療法），或用于研究癌癥發(fā)生發(fā)展的分子機制。表觀遺傳藥物：針對癌癥相關的表觀遺傳失調（如DNA甲基化、組蛋白修飾異常），使用藥物（如去甲基化劑、HDAC抑制劑）恢復正常的基因表達模式，抑制腫瘤生長。當前局限性包括：腫瘤異質性導致治療失敗（部分癌細胞可能逃避治療）；檢測技