2025年大學(xué)《生物科學(xué)》專業(yè)題庫——基因編輯技術(shù)與CRISPR考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題4分，共20分）1.基因編輯2.DNA雙鏈斷裂（DSB）3.修復(fù)模板4.CRISPR向?qū)NA（gRNA）5.PAM序列二、填空題（每空2分，共20分）1.CRISPR系統(tǒng)是_________細(xì)菌和古細(xì)菌在長期進(jìn)化過程中形成的適應(yīng)性防御機(jī)制，能夠識(shí)別并切割_________病毒或質(zhì)粒的核酸。2.CRISPR-Cas9系統(tǒng)識(shí)別靶向DNA序列的主要依靠的是向?qū)NA（gRNA）的_________與靶向DNA的_________之間的互補(bǔ)配對(duì)。3.基因組中的DNA雙鏈斷裂主要通過兩種主要途徑進(jìn)行修復(fù)：_________（易出錯(cuò)，常產(chǎn)生插入或刪除）和_________（精確度高，需要修復(fù)模板）。4.通過設(shè)計(jì)不同的gRNA，可以引導(dǎo)Cas9蛋白在基因組中實(shí)現(xiàn)_________、_________或插入特定序列等操作。5.基于CRISPR技術(shù)的堿基編輯能夠直接在DNA序列中實(shí)現(xiàn)_________、_________或_________的改變，無需引入雙鏈斷裂。三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共32分）1.簡(jiǎn)述CRISPR-Cas9系統(tǒng)識(shí)別并切割靶向DNA分子的基本過程。2.簡(jiǎn)述非同源末端連接（NHEJ）修復(fù)途徑的機(jī)制及其通常導(dǎo)致的結(jié)果。3.與傳統(tǒng)的基因敲除技術(shù)相比，CRISPR-Cas9技術(shù)在效率、精度和設(shè)計(jì)靈活性方面有哪些顯著優(yōu)勢(shì)？4.簡(jiǎn)述基因編輯技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域可能的應(yīng)用方向，并列舉一例具體應(yīng)用。四、論述題（每題15分，共30分）1.論述CRISPR-Cas9系統(tǒng)如何通過基因激活或抑制技術(shù)來研究基因功能。2.從科學(xué)、倫理和社會(huì)三個(gè)角度，談?wù)勀銓?duì)利用CRISPR技術(shù)進(jìn)行人類基因治療可能帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)的看法。試卷答案一、名詞解釋1.基因編輯：指利用分子生物學(xué)技術(shù)對(duì)生物體基因組進(jìn)行精確、可控制修飾的一種顛覆性生物技術(shù)，可在基因水平上實(shí)現(xiàn)對(duì)遺傳物質(zhì)的添加、刪除或修改。**解析思路：*考察對(duì)基因編輯基本概念的掌握，要求答出其核心內(nèi)涵——對(duì)基因組的精確操作。2.DNA雙鏈斷裂（DSB）：指DNA分子中一條鏈和互補(bǔ)鏈同時(shí)斷裂的現(xiàn)象，是基因組中最常見的DNA損傷類型，也是基因編輯技術(shù)引入突變的主要方式。**解析思路：*考察對(duì)基因編輯核心分子事件的理解，DSB是大多數(shù)編輯技術(shù)（包括CRISPR）發(fā)揮作用的起點(diǎn)。3.修復(fù)模板：指在DNA修復(fù)過程中，提供序列信息以指導(dǎo)正確修復(fù)DSB或引入特定序列變化的核酸分子，通常在同源定向修復(fù)（HDR）過程中由外源提供的DNA片段或染色體上的同源序列提供。**解析思路：*考察對(duì)基因修復(fù)機(jī)制的理解，特別是HDR途徑依賴模板進(jìn)行精確修復(fù)的特點(diǎn)。4.CRISPR向?qū)NA（gRNA）：指由人工設(shè)計(jì)的、包含兩部分序列的RNA分子：一部分是間隔序列（spacer），其序列與目標(biāo)DNA序列互補(bǔ)；另一部分是支架區(qū)域，負(fù)責(zé)與Cas蛋白結(jié)合，共同靶向切割位點(diǎn)。**解析思路：*考察對(duì)CRISPR-Cas9系統(tǒng)關(guān)鍵組分gRNA的結(jié)構(gòu)和功能的理解，強(qiáng)調(diào)其導(dǎo)向作用。5.PAM序列：指位于CRISPRspacer序列下游、緊鄰靶向位點(diǎn)末端的1-3個(gè)核苷酸序列，是Cas蛋白識(shí)別并切割靶向DNA所必需的序列信號(hào)，決定了Cas蛋白的切割活性位點(diǎn)。**解析思路：*考察對(duì)CRISPR-Cas9系統(tǒng)靶向機(jī)制的理解，PAM序列是區(qū)分不同Cas系統(tǒng)、決定切割位點(diǎn)的關(guān)鍵。二、填空題1.原核；外源核酸**解析思路：*考察CRISPR系統(tǒng)的來源和原始功能，其進(jìn)化是為了應(yīng)對(duì)細(xì)菌感染的外源遺傳物質(zhì)（病毒、質(zhì)粒）。2.核心序列；靶向序列**解析思路：*考察gRNA的作用機(jī)制，其核心序列（間隔序列）與靶向DNA序列互補(bǔ)配對(duì)，而支架區(qū)域與Cas蛋白結(jié)合。3.非同源末端連接（NHEJ）；同源定向修復(fù)（HDR）**解析思路：*考察DSB的兩種主要修復(fù)途徑的名稱，這是理解基因編輯結(jié)果（突變或精確替換）的基礎(chǔ)。4.基因敲除；基因敲入**解析思路：*考察CRISPR技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的基本基因操作類型，這是其廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。5.堿基替換；插入一個(gè)堿基；刪除一個(gè)堿基**解析思路：*考察堿基編輯技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的具體堿基變化類型，體現(xiàn)了CRISPR技術(shù)在精確性上的進(jìn)步。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述CRISPR-Cas9系統(tǒng)識(shí)別并切割靶向DNA分子的基本過程。*答案要點(diǎn)：首先，人工設(shè)計(jì)的gRNA（包含間隔序列和支架區(qū)域）與相應(yīng)的Cas9蛋白結(jié)合形成功能性復(fù)合物。接著，gRNA的間隔序列通過堿基互補(bǔ)配對(duì)識(shí)別并結(jié)合到基因組中與PAM序列相鄰的靶向DNA序列上。然后，Cas9蛋白被招募到靶向位點(diǎn)，利用其核酸酶活性（RuvC和Halo蛋白酶域）切割靶標(biāo)DNA分子的兩條鏈，產(chǎn)生一個(gè)“粘性末端”或“平末端”的DSB。最后，細(xì)胞自身的DNA修復(fù)系統(tǒng)會(huì)介入處理這個(gè)斷裂，通常會(huì)引發(fā)錯(cuò)誤修復(fù)導(dǎo)致基因突變。**解析思路：*考察對(duì)CRISPR-Cas9作用機(jī)制的連貫理解，需要按時(shí)間順序描述從gRNA結(jié)合到DSB產(chǎn)生的完整過程，并提及后續(xù)的細(xì)胞修復(fù)反應(yīng)。2.簡(jiǎn)述非同源末端連接（NHEJ）修復(fù)途徑的機(jī)制及其通常導(dǎo)致的結(jié)果。*答案要點(diǎn)：NHEJ是DSB最快速、最常用的修復(fù)途徑。其機(jī)制主要是依靠細(xì)胞內(nèi)廣泛存在的ku70/ku80異二聚體識(shí)別并結(jié)合DSB的斷裂末端，招募DNA-PKcs激酶，形成DNA-PKcs-ku異源三聚體復(fù)合物，磷酸化斷裂末端的DNA，隨后招募DNA連接酶IV（LigaseIV）-XRCC4復(fù)合物，將兩段DNA末端連接起來。NHEJ通常在缺乏精確模板的情況下進(jìn)行，修復(fù)過程中容易出現(xiàn)微小的插入或刪除（indels），這些突變可能導(dǎo)致移碼突變，從而破壞基因的編碼序列，造成基因功能失活（即基因敲除）。**解析思路：*考察對(duì)NHEJ修復(fù)機(jī)制細(xì)節(jié)的理解，包括關(guān)鍵蛋白、激酶作用、連接酶以及其常見的修復(fù)結(jié)果——產(chǎn)生indels導(dǎo)致基因敲除。3.與傳統(tǒng)的基因敲除技術(shù)相比，CRISPR-Cas9技術(shù)在效率、精度和設(shè)計(jì)靈活性方面有哪些顯著優(yōu)勢(shì)？*答案要點(diǎn)：優(yōu)勢(shì)包括：①效率高：CRISPR-Cas9能在基因組多個(gè)位點(diǎn)同時(shí)或快速地進(jìn)行編輯，編輯效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的ZFN或TALEN技術(shù)，且通常高于同源重組介導(dǎo)的基因敲入。②精度相對(duì)較高（尤其對(duì)于敲除）：雖然NHEJ易引入indels導(dǎo)致敲除，但通過優(yōu)化gRNA設(shè)計(jì)、篩選或結(jié)合HDR，可以實(shí)現(xiàn)精確的基因敲除或替換。③設(shè)計(jì)靈活：只需設(shè)計(jì)和合成不同的gRNA，就可以靶向基因組中的幾乎任何位置，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過程，且成本相對(duì)較低。④易于操作：技術(shù)門檻相對(duì)較低，實(shí)驗(yàn)室人員經(jīng)過培訓(xùn)即可掌握基本操作。**解析思路：*考察對(duì)CRISPR-Cas9技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的比較性認(rèn)識(shí)，需要從效率、精確度、易用性和設(shè)計(jì)自由度等多個(gè)維度進(jìn)行對(duì)比說明。4.簡(jiǎn)述基因編輯技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域可能的應(yīng)用方向，并列舉一例具體應(yīng)用。*答案要點(diǎn)：應(yīng)用方向包括：①抗病/抗蟲育種：編輯關(guān)鍵基因提高植物抗性。②改良作物品質(zhì)：改善營養(yǎng)成分（如提高維生素含量）、改變風(fēng)味、增強(qiáng)作物的儲(chǔ)存壽命等。③適應(yīng)環(huán)境脅迫：提高作物對(duì)干旱、鹽堿、高溫等非生物脅迫的耐受性。④分子育種工具：快速創(chuàng)建基因突變體庫用于基因功能研究。⑤家畜遺傳改良：提高產(chǎn)奶量、肉質(zhì)、抗病性或繁殖效率。⑥生物能源：改良藻類或植物以提高生物燃料產(chǎn)量。具體應(yīng)用示例：利用CRISPR-Cas9技術(shù)編輯水稻基因，使其產(chǎn)生抗除草劑性狀，便于田間雜草管理；或者編輯番茄基因，使其番茄紅素含量顯著提高，增強(qiáng)其抗氧化能力。**解析思路：*考察對(duì)基因編輯技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣度的了解，要求列舉一個(gè)具體的應(yīng)用場(chǎng)景并簡(jiǎn)要說明其目的。四、論述題1.論述CRISPR-Cas9系統(tǒng)如何通過基因激活或抑制技術(shù)來研究基因功能。*答案要點(diǎn)：CRISPR-Cas9系統(tǒng)可以通過兩種主要方式實(shí)現(xiàn)基因功能的激活或抑制，以研究基因作用：①基因激活（Activation）：利用激活性CRISPR系統(tǒng)（ActiveCRISPR），將Cas9蛋白替換為含有激活域（ActivationDomain,AD）的蛋白（如dCas9-AD），并將gRNA設(shè)計(jì)為靶向基因啟動(dòng)子區(qū)域。dCas9-AD復(fù)合物結(jié)合在啟動(dòng)子上，其激活域可以招募轉(zhuǎn)錄激活因子，從而增強(qiáng)目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄水平，即使基因編碼區(qū)本身未被修改，也能激活其表達(dá)。這可用于研究基因的啟動(dòng)子區(qū)域或調(diào)控元件。②基因抑制（Silencing/Repression）：利用轉(zhuǎn)錄抑制性CRISPR系統(tǒng)（dCas9-siRNA/dCas9-dcrRNA），將Cas9蛋白替換為不具核酸酶活性的形式（dCas9），并將gRNA替換為siRNA或dsRNA（通過dCas9-dcrRNA結(jié)構(gòu)）。dCas9-gRNA/dcrRNA復(fù)合物結(jié)合在目標(biāo)基因的編碼區(qū)或調(diào)控區(qū)，可以阻止RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄起始，或招募抑制性染色質(zhì)修飾復(fù)合物（如PRC2），導(dǎo)致目標(biāo)基因轉(zhuǎn)錄沉默或表觀遺傳沉默。這可用于研究基因的功能失活效應(yīng)。通過這兩種技術(shù)，研究人員可以在不改變基因序列的情況下，有目的地提高或降低特定基因的表達(dá)水平，從而揭示其在細(xì)胞和生物體中的功能。**解析思路：*考察對(duì)CRISPR技術(shù)在基因功能研究中的高級(jí)應(yīng)用的理解，需要清晰闡述基因激活和抑制的原理、關(guān)鍵組件（dCas9、AD、siRNA/dcrRNA）以及它們?nèi)绾握{(diào)控基因表達(dá)。2.從科學(xué)、倫理和社會(huì)三個(gè)角度，談?wù)勀銓?duì)利用CRISPR技術(shù)進(jìn)行人類基因治療可能帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)的看法。*答案要點(diǎn)：機(jī)遇：①科學(xué)上：CRISPR為治療遺傳性疾?。ㄈ珑牋罴?xì)胞病、地中海貧血、亨廷頓病等）提供了前所未有的精確性和潛力，有望通過修復(fù)致病基因或沉默致病基因來根治疾病。②倫理上：為患有嚴(yán)重遺傳疾病的個(gè)體及其家庭帶來了希望，可能減輕其疾病痛苦，提高生活質(zhì)量。③社會(huì)層面：如果成功應(yīng)用于常見病治療，可能降低社會(huì)醫(yī)療負(fù)擔(dān)，提升人口素質(zhì)。挑戰(zhàn)：①科學(xué)上：技術(shù)仍需完善，存在脫靶效應(yīng)（在非目標(biāo)位點(diǎn)造成突變）、嵌合體現(xiàn)象（部分細(xì)胞被編輯，部分未被編輯）、長期安全性（如致癌風(fēng)險(xiǎn)）等問題需要解決。②倫理上：存在公平性