2026年高考生物二轮突破复习：热点08 高效基因编辑、多基因修复、定向进化与再生技术突破（解析版）

/热点08高效基因编辑、多基因修复、定向进化与再生技术突破内容导航情境解读内容导航情境解读考向破译限时实战热点背景速递情境探究高效科普：情境深入剖析与探寻，提取关键信息热点信息解码链接教材预测考向：建立热点与教材知识的桥梁，精准预测命题方向热点限时训练模拟实战巩固提升：限时完成情境化题目训练，提升信息迁移能力【热点背景】基因编辑与再生技术正在成为改写生命密码的关键工具，中国与国际科研团队在2024年取得系列突破，在高效基因编辑、多基因修复、定向进化与再生技术的前沿领域，多项突破性研究正从工具革新、范式转型、应用深化三个层面，共同推动生命科学进入一个前所未有的“精准编写与系统重塑”时代。这些进展不仅展现了生命科学的飞跃，更为疾病治疗、智慧农业与组织再生等领域带来全新解决方案.大片段定向整合：实现植物“基因程序”的精准升级中国团队开发的大丝氨酸重组酶Kp03系统，可精准将长达30kb（相当于多个基因组成的“程序模块”）的DNA片段插入植物基因组预定位置，效率较传统方法提升5倍以上。该技术可一次性导入抗病、耐旱、高产等多基因性状，使作物育种从“逐个基因改良”迈向“模块化设计”，有望培育出适应气候变化的“超级作物”。这一技术从根本上避免了依赖DNA双链断裂的传统方法所带来的染色体风险，为解决植物合成生物学与育种中的多基因叠加难题提供了强大工具。新型碱基编辑器：基因“错字修正笔”升级版新型编辑器DMCBEs通过改造酶结构，将编辑窗口从传统5-8个碱基扩展至15个碱基，显著提升了对PAM近端等“难编辑”位点的效率，且能识别更多类型的基因序列，效率最高达85%，脱靶率降低70%。可精准修复导致遗传病（如地中海贫血）的单碱基突变，为基因治疗提供更安全、高效的工具，未来或可用于遗传病预防性编辑。多基因修复系统：实现细胞“基因故障”批量维修这些工具革新正催生研究范式从“单点编辑”向“系统性修复与演化”的根本转变。美国团队利用工程化逆转录酶构建“基因修复导航系统”，可同时定位并修复细胞中3-5个致病突变位点，修复精准度超99%。针对由多个基因突变引发的复杂疾病（如某些遗传性癌症），该系统可实现“一次治疗，多重修复”，大幅提升基因治疗的适用范围。而中国科学院团队创建的植物体内定向进化系统GRAPE，则借助工程化改造的双生病毒复制子，首次实现了在植物活体内对基因进行快速筛选与优化，仅需4天即可完成一轮高达105个变体的筛选，这为按需、快速进化出具有全新抗病或优良性状的作物基因资源开辟了全新路径。现已成功用于快速进化出抗除草剂基因，未来可在数月内完成传统育种需数年的性状优化，为保障粮食安全提供“基因加速器”。再生关键信号：破解动物“断肢重生”的细胞密码对生命内在修复机制的探索也取得了里程碑式发现。日本科学家揭示c1qtnf3蛋白能主动吸引巨噬细胞，并使其从“炎症破坏模式”转为“修复建设模式”，共同形成再生微环境，促进血管、神经与肌肉同步再生。这一发现不仅解开了部分生物强大再生能力的细胞密码，更为开发促进人体组织再生的药物提供了关键靶点。未来通过调控干细胞与免疫系统的“对话”，有望在创伤修复、器官再生等领域激活人类潜在的修复能力，推动人类向“再生医学”时代迈出关键一步。总而言之，这些突破共同构成了一个日益强大的“生命系统工具箱”，它们不仅意味着工具的迭代，更代表着从被动修改到主动设计、从外部干预到调动内在潜能的深刻理念变革，为未来农业、医学与合成生物学的发展奠定了坚实的科学与技术基石。【信息速递】1．技术突破与创新：这四项进展分别在基因操作的精准度、规模、效率和理解底层机制上实现了飞跃：在编辑的精准度与安全性上实现跨越：传统CRISPR技术进行大片段编辑时，必须切断DNA双链，这会引发不可预测的染色体变异，风险极高。而“大丝氨酸重组酶Kp03介导的大片段定向整合”的革命性在于，它能在不切断DNA双链的情况下，像“分子胶水”一样精准地将长达数十kb的外源DNA片段“粘贴”到基因组指定位置。这不仅大幅提升了安全性，更将基因组编辑从“剪切-粘贴”模式，推进到了更温和、更可控的“整合”模式。在编辑的规模与效率上获得突破：“新型碱基编辑器DMCBEs”通过改造酶的结构，将有效编辑窗口从传统的4-8个碱基大幅扩展至15个碱基以上，这意味着原先许多无法触及的致病突变点，现在可以被精准修正，显著拓宽了治疗范围。“多基因修复技术”则基于逆转录酶等工具，创新性地设计出可以同时靶向并修复细胞内多个分散的致病突变的方案。这突破了以往基因治疗只能“逐个击破”的限制，为治疗由多基因突变引起的复杂疾病提供了全新工具。在研究范式与进化速度上引发革命：这便是“植物体内定向进化系统(GRAPE)”带来的颠覆。传统的定向进化需要在试管或微生物中进行，过程繁琐且与真实生物体环境脱节。而GRAPE系统通过改造病毒载体，直接在活体植物内部快速、持续地制造基因随机突变，并施加环境压力进行自动筛选，将一轮进化筛选周期从数月缩短至短短4天。这相当于将整个进化实验室“搬进”了生物体内，实现了对基因功能的“加速”挖掘。在对生命底层机制的理解上取得关键发现：“干细胞与再生密码（c1qtnf3蛋白）”的技术创新不在于发明了新工具，而在于首次阐明了断肢再生过程中一个核心的细胞间通讯密码：肌肉干细胞通过分泌c1qtnf3蛋白，主动“教育”并“策反”免疫细胞（巨噬细胞），使其从促炎症的破坏状态转变为促修复的建设状态。这为理解复杂的再生过程提供了清晰的分子靶点，其创新意义在于为后续通过药物调控这一通路来激活人类再生潜能奠定了理论基础。这些进展并非孤立的技术升级，而是共同构成了一幅技术跃迁的图景：从定点“修改错字”（碱基编辑）到安全“插入段落”（大片段整合），再到“批量修订”（多基因修复）；从体外缓慢“模拟进化”到体内快速“加速进化”；最终，通过对“再生密码”的破译，为未来“编写”生命修复程序指明了方向。它们共同将基因与生物技术推向了更精准、高效、可控的新阶段。2．医学应用进展：这些技术为未来医学，尤其是基因治疗和再生医学领域，带来了激动人心的前景：针对地中海贫血、镰状细胞病、囊性纤维化等由单碱基或多位点突变引起的遗传病，一系列基因编辑技术正从不同层面提供前所未有的治疗前景，构成了从基因修复到功能重塑的完整技术链条。首先，单点精确修正是治疗单碱基遗传病的基础。以新型胞嘧啶碱基编辑器（DMCBEs）为代表，其大幅提升的编辑效率和拓宽的靶向范围，如同升级了基因的“铅笔橡皮”，能更高效、精准地修正单个致病“错字”，为根除单碱基遗传病提供了通用性更强的工具。更进一步，对于由多个基因共同作用的复杂遗传病，多基因修复技术突破了以往“逐个击破”的限制。该技术能在单次治疗中同时、精准地修复细胞内多个分散的致病突变，实现了从“点状修正”到“系统性修复”的跨越，为治疗多基因遗传病打开了全新的可能性。在这两类技术之外，Kp03介导的大片段定向整合技术则提供了更安全、强大的基因功能载体平台。其无需切断DNA双链的特性，极大降低了基因插入带来的染色体风险，为需要导入完整功能基因（例如某些代谢病的基因替代疗法）的治疗策略，提供了一个理论上更安全的递送方案。最后，通过对c1qtnf3蛋白介导的再生通路的解析，我们正从“修复缺陷”迈向更高级的“激活再生”。这一发现揭示了干细胞与免疫细胞协同启动修复的分子密码。以此为基础开发药物，未来或能主动调控人体的再生潜能，为促进严重创伤、心肌梗死后的组织修复，乃至为最终的器官再生研究铺平道路，将再生医学从概念推向现实。总而言之，这些技术并非孤立存在，而是构成了一个相辅相成的技术矩阵：碱基编辑器是精确的手术刀，多基因修复技术是高效的系统工程，大片段整合技术是安全的运载平台，而再生机制的解析则是激发内在潜能的启动密码。它们共同推动现代医学从“被动治疗”走向“主动精准修复与再生”的新纪元。。3．农业领域应用：在农业育种和生物制造方面，这些技术有望引发绿色革命：加速智能设计育种：Kp03技术可将多个抗虫、抗病、抗旱、高产优质的相关基因作为“性状模块”一次性精准导入作物，快速创制出具有复合优良性状的“超级作物”。GRAPE系统则能极大加速功能基因（如耐盐碱基因）的挖掘和优化进程，将育种周期从数年缩短至数月。实现精准性状改良：新型碱基编辑器可以高效、精准地创制已知的优良等位基因，实现对作物农艺性状（如籽粒大小、营养成分）的微调，而不引入外源基因，有助于培育更易被市场接受的“基因编辑”农产品。4．伦理法律热议：技术的飞速进步也引发了深刻的伦理思考和监管挑战：可遗传基因编辑的边界：对于碱基编辑和大片段整合等技术，若应用于人类胚胎或生殖细胞，其改变将可能遗传给后代。这是否会逾越治疗疾病、增强人类的界限？如何定义“治疗”与“增强”？这引发了全球范围内关于是否应禁止人类生殖系基因编辑的激烈辩论。基因驱动与生态风险：在农业或生态保护中，若使用这类高效编辑技术（尤其是可能通过花粉传播的植物技术），是否存在基因意外扩散、破坏野生种群或生态平衡的潜在风险？如何评估和管理这种“基因驱动”效应？公平获取与技术鸿沟：这些尖端疗法和育种技术成本高昂，可能加剧社会不平等。如何确保普通患者和贫困地区的农民也能从中受益，而不是扩大健康与财富的鸿沟？生物安全与新物种管理：通过大片段整合或快速定向进化创造出的新生物（植物、微生物），其环境释放需要全新的、审慎的生物安全评估框架和监管法规。【知识定位】1．高中生物教材：这些前沿突破，正是高中教材核心知识在科研最前沿的生动演绎与高阶应用。在人教版必修2《遗传与进化》中涉及基因的本质与功能（DNA片段）、基因突变（碱基对的替换/增删）、基因重组（广义，包括基因工程）等的核心概念。而基因工程的基本工具（酶、载体）和步骤，这些技术都是“基因编辑”的直接应用与高级发展。它们以基因的本质与功能为操作对象，运用基因工程（酶、载体）的基本原理作为工具，通过模拟基因突变（碱基编辑）或实现基因重组（大片段整合）来改变性状，而植物定向进化系统（GRAPE）则是对自然选择与适应过程的直接人工加速。在选择性必修1《稳态与调节》中阐释的细胞通讯与免疫调节原理，则为破译组织再生密码提供了不可或缺的思维框架。干细胞分泌c1qtnf3蛋白“策反”巨噬细胞，正是细胞间信息交流（信号分子与受体）调控生命活动的典型实例。免疫系统中巨噬细胞等免疫细胞的功能，是理解其在再生中从“破坏者”转变为“建设者”的角色转换。以当前高考“无价值，不入题；无思维，不命题；无情境，不成题”的原则，这些生命科学顶级热点，必然会以复杂真实科研情境为载体进行考查。其核心命题逻辑是“一道题，三重境”：通过一个前沿科研案例，同时考查你对核心概念的辨识、在新情境中迁移应用的分析，以及对技术影响进行思辨的评价能力。备考建议：首先，必须清晰掌握各项技术的核心机制和独特点，能用教材语言准确描述；其次，熟悉科学探究的一般思路（目的→原理→步骤→预期结果→分析），并学会将新技术嵌入其中思考；最后，要打破教材章节壁垒，练习用生命系统的不同层次（分子、细胞、个体、群体）去分析和解释同一个生命现象。2．大学相关教材：《分子生物学》/《基因工程》：深入理解CRISPR/Cas系统、重组酶机制、碱基编辑的生化原理、同源重组修复与非同源末端连接等DNA修复通路。《细胞生物学》：干细胞生物学（干细胞的增殖、分化与信号分泌）、细胞周期与DNA损伤修复、细胞内蛋白质合成与运输（涉及编辑器递送）。《发育生物学》：组织再生与修复的分子机制、模式生物（如非洲爪蟾）在发育研究中的应用。【考向预测】预测1“Kp03介导的大片段高效定向整合”这一技术，在高考中会结合基因工程和遗传与进化两个核心模块进行考查。最可能以三种形式考查：一是直接选择题，比较Kp03与CRISPR-Cas9等工具在原理和功能上的差异；二是实验设计题，要求设计利用该技术培育新品种（如抗旱水稻）的关键步骤，并分析数据；三是论述题，需结合农业价值与生物安全，辩证评价其意义与风险。应对时，需紧扣其“无需DNA双链断裂”与“精准插入大片段”的核心原理，并灵活套用“目的—原理—工具—步骤—结果—评价”的通用分析框架进行解题。预测2针对新型碱基编辑器DMCBEs，其高考考向会紧密围绕分子生物学和基因工程的核心原理，主要分为三个方面。一是选择题或简答题，直接考查其核心原理，即通过优化脱氨酶在不切割DNA双链下实现“C到T”转换，并需与CRISPR-Cas9等工具对比；二是非选择题，会在治疗遗传病等情境下，考查gRNA设计、数据分析等实验探究能力；三是论述题，要求辩证评价其医学价值与伦理风险。备考时需抓住“化学修饰、窗口更宽”的本质，并熟练套入基因工程的标准分析框架中。预测3针对“多基因修复技术”的高考考向，核心在于考查其“同时精准修复多个突变”的原理与应用。试题可能首先以选择题形式，要求你阐述其基于逆转录酶的工作机制，并与单基因编辑技术进行对比。更深层的考查会以非选择题或实验设计出现，例如，在囊性纤维化等多基因遗传病的治疗情境中，让你设计修复方案、分析技术优势（如效率高、系统性强），或评估潜在风险。最后，在论述题中，可能要求你结合该技术，对基因治疗的未来、伦理界限（如增强性编辑的争议）及监管挑战进行辩证论述。备考关键是理解其从“点状修复”到“系统性修复”的范式革新。预测4针对“植物体内定向进化系统（GRAPE）”的高考考向，其核心在于考查你对自然选择原理的现代应用和实验设计能力的掌握。该技术最可能从三个角度考查：一是以选择题或简答形式，要求你阐述其核心原理——通过改造病毒载体，在活体植物内部模拟并极大加速“基因突变-环境压力筛选”的自然进化过程，并辨析其与传统育种技术的本质区别。二是以非选择题或实验设计题出现，例如，提供一个需要筛选“抗旱基因”的情境，让你设计如何利用GRAPE系统进行快速筛选，并分析其相比在微生物中进行的体外定向进化有何优势（周期极短、环境真实）。三是在论述题中，要求你评价该技术在加速育种、保障粮食安全等方面的价值，并探讨其可能带来的生物安全考量。备考关键在于理解其“体内加速进化”的本质，并将其视为对教材中“自然选择”理论的工程化实践。预测5针对“干细胞与再生密码（c1qtnf3蛋白）”的高考考向，其核心是考查你对细胞通讯和生命系统调节等核心概念的深度理解。该技术的考查主要有三个角度：一是以选择题或简答题形式，直接考查其分子机制，即c1qtnf3蛋白作为信号分子，介导了肌肉干细胞与巨噬细胞之间的信息交流，并导致巨噬细胞功能从促炎向促修复的转变。二是以非选择题或实验分析题出现，例如，提供相关实验数据（如敲除该蛋白后再生受阻），让你分析该蛋白在再生过程中的作用，或设计实验验证其功能。三是在论述题中，要求你从稳态与平衡或信息流的角度，阐述这一发现如何深化对生命调节机制的理解，并探讨其在再生医学中的应用前景与伦理考量。备考时，需将其精准定位为《稳态与调节》模块中“细胞间信息传递”和“免疫调节”知识点的前沿例证。（建议用时：45分钟）1．（2025·郑州二模）单碱基编辑系统可以使靶序列特定碱基发生改变，进而实现定向突变。下图为其中一种编辑系统：dCas9末端与APOBEC1形成融合蛋白，随后gRNA将融合蛋白引导到靶位点，APOBEC1会使单链DNA的C脱氨形成U，后续经DNA复制完成C到T的转换。相关分析错误的是（

）A．gRNA通过碱基互补配对将融合蛋白引导至靶位点B．编辑后的DNA需经过2次复制才能实现C到T的转换C．C转换为U后，与其相连的五碳糖由脱氧核糖转为核糖D．单碱基编辑系统可以为镰状细胞贫血病的治疗提供思路【答案】C【分析】DNA分子的复制条件：模板（DNA的双链）、能量（ATP水解提供）、酶（解旋酶和DNA聚合酶等）、原料（游离的脱氧核苷酸）；过程：边解旋边复制；结果：一条DNA复制出两条DNA；特点：半保留复制。【详解】A、分析题意和题图可知，gRNA通过碱基互补配对识别靶序列（双链DNA），引导dCas9蛋白到特定位置，A正确；B、分析题意可知，经过编辑的DNA中C脱氨基变成U，而U在DNA复制的过程中会被识别为T，该DNA中C转化为尿嘧啶U，由于U与A配对，而A与T配对，故需要再经过2次DNA复制才能实现C到T的转换，B正确；C、DNA中的碱基始终连接脱氧核糖，即使C被脱氨为U，它仍然是脱氧尿苷(dU)，不会变成核糖核苷酸(U)，C错误；D、镰状细胞贫血是由单碱基突变引起的，这种编辑系统理论上可以用于纠正这类突变，即单碱基编辑系统可以为镰状细胞贫血病的治疗提供思路，D正确。故选C。2．（2025·河南鹤壁期末）2025年，全球首例通过单碱基编辑技术治疗遗传性CPS-1酶缺失症的婴儿康复出院。该技术通过精准将患者CPS-1酶基因中某位点的腺嘌呤（A）替换为鸟嘌呤（G），恢复了CPS-1酶的功能。下列关于该治疗过程的叙述，正确的是（）A．该技术是通过染色体结构变异来实现基因修复的B．该患者缺失CPS-1酶的原因可能是终止密码子提前出现C．编辑后的CPS-1酶基因，其表达产物的氨基酸序列没有发生改变D．该患者长大后与正常人婚配，后代肯定不会患遗传性CPS-1酶缺失症【答案】B【详解】A、单碱基编辑技术直接修改DNA的特定碱基，属于基因突变，而非染色体结构变异（如缺失、重复、倒位等），A错误；B、若原基因突变导致mRNA中提前出现终止密码子（如UAG、UGA、UAA），翻译会提前终止，CPS-1酶无法正常合成，通过将A替换为G，可能修正该终止密码子，使翻译继续进行，恢复酶功能，B正确；C、碱基替换可能改变密码子，导致氨基酸种类变化（如原密码子UAU→UCU，酪氨酸→丝氨酸）。题干中修复后酶功能恢复，说明原突变导致氨基酸序列异常，修复后序列恢复正常，因此表达产物的氨基酸序列发生改变，C错误；D、若治疗仅针对体细胞，生殖细胞仍可能携带原突变基因。患者与正常人婚配时，后代可能通过遗传获得突变基因（若为隐性遗传且配偶携带致病基因），从而患遗传性CPS-1酶缺失症，D错误。故选B。3．（2025·驻马店·练习）胞嘧啶脱氨酶能催化DNA中的胞嘧啶脱氨。胞嘧啶碱基编辑器（CBE，由Cas9酶活突变型蛋白和胞嘧啶脱氨酶融合而成）可精确地将目标基因中的G—C碱基对转换为A—T碱基对。科研人员通过特定载体递送CBE，使因Tmc1基因发生隐性突变而导致完全耳聋小鼠的听力部分恢复。下列叙述错误的是（

）A．胞嘧啶脱氨酶可引导Cas9酶活突变型蛋白至特定位点B．推测CBE催化DNA中碱基对的转换具有高效性C．Tmc1基因突变导致的完全耳聋小鼠属于隐性纯合子D．该项研究对于某些遗传性耳聋的治疗具有重要意义【答案】A【分析】基因突变是指DNA分子中碱基对的增添、缺失和替换，导致基因结构的改变。【详解】A、胞嘧啶脱氨酶只起到催化作用，不能引导Cas9酶活突变型蛋白至特定位点，A错误；B、CBE由Cas9酶活突变型蛋白和胞嘧啶脱氨酶融合而成，酶具有高效性，推测CBE催化DNA中碱基对的转换具有高效性，B正确；C、小鼠因Tmc1基因发生隐性突变而导致完全耳聋，小鼠表现出隐性性状，说明Tmc1基因突变导致的完全耳聋小鼠属于隐性纯合子，C正确；D、该研究能够治疗小鼠基因控制的耳聋，对于研究某些遗传性耳聋的治疗具有重要意义，D正确。故选A。4．（2025·广东月考）人工核酸内切酶介导的基因编辑技术（TALEN技术）的核心在于设计TALE蛋白，其左臂和右臂含有二联氨基酸（字母N、I、G、H、D分别代表一种氨基酸），二联氨基酸NI识别A、NG识别T、HD识别C、NN识别G。TALE蛋白结合FokⅠ单体后可形成二聚体并对目标基因片段进行切割，应用于基因敲除，见下图。下列叙述正确的是（

）A．TALEN技术主要利用FokⅠ单体靶向敲除基因B．目标基因被FokⅠ单体切开后即可被成功敲除C．敲除特定基因只能合成两种特异性的TALE蛋白D．TALE蛋白左、右臂氨基酸不同提高了敲除的特异性【答案】D【详解】A、TALEN技术主要利用TALE蛋白靶向识别被敲除的基因，A错误；B、目标基因被FokⅠ单体切开后，如果不能被修复才能成功被敲除，B错误；C、敲除特定基因时，可以针对基因的不同位点的碱基序列设计出多种TALE蛋白，C错误；D、TALE蛋白左臂和右臂的氨基酸不同，分别识别靶基因的左右两侧特定序列，这种特异性识别提高了基因敲除的准确性，D正确。故选D。5．（2025·福建厦门月考）2025年，科研团队为了培育适用于异种器官移植的基因编辑猪，利用碱基编辑器（利用碱基互补配对原理，在特定位点操作可对单个碱基进行编辑）对猪的基因组进行精准修饰，敲除了猪内源性逆转录病毒基因（PERV），避免患者受PERV感染，敲除了GGTA1、βGALNT2、CMAH等基因，以减少抗原暴露，降低免疫排斥风险。同时插入CD46、CD55、TBM等基因，以增强人源基因表达、提升异种移植相容性。其中敲除PERV及插入CD46基因的操作流程如图所示。下列叙述正确的是（

）A．设计sgRNA时需与PERV基因和CD46基因的序列互补，以实现精准编辑B．碱基编辑器的作用是切断猪基因组DNA双链，为CD46基因插入提供位点C．替换图中sgRNA序列，即可用碱基编辑器进一步敲除GGTA1等基因D．该基因编辑猪的器官移植到人体后，PERV引发的免疫排斥将完全消除【答案】C【详解】A、sgRNA可通过碱基互补配对原则与PERV基因特定序列结合，从而对PERV基因进行精准编辑，但CD46基因是要插入，并非与sgRNA互补，A错误；

B、由题干信息可知，碱基编辑器是对单个碱基进行编辑，并非切断猪基因组DNA双链，B错误；

C、因为碱基编辑器能在特定位点对单个碱基进行编辑，所以替换图中sgRNA序列，就可用碱基编辑器进一步敲除GGTA1等基因，C正确；

D、该基因编辑猪敲除PERV基因可避免患者受PERV感染，但仅敲除PERV基因不能使PERV引发的免疫排斥完全消除，D错误。故选C。6.（原创题）与传统CRISPR-Cas9系统相比，利用大丝氨酸重组酶（如Kp03）进行基因组编辑的核心优势在于（）A.需要设计更长的向导RNA（gRNA）来寻找靶点。B.依赖于非同源末端连接（NHEJ）修复途径。C.在不造成DNA双链断裂的情况下实现大片段整合。D.只能用于细菌基因组的编辑，无法应用于动植物。【答案】C【解析】本题考查技术核心原理辨析。传统CRISPR-Cas9通过造成DNA双链断裂（DSB）进行编辑，而大丝氨酸重组酶（如Kp03）通过识别特定的短序列（如attB/attP）并催化位点特异性重组，无需切割DNA双链，这是其最根本的优势，尤其适合安全地进行大片段操作。7.（原创题）科研人员计划利用Kp03技术将一段20kb的抗旱基因簇整合到水稻基因组中。在该实验中，不必包含的步骤或元件是（）A.设计并合成与目标基因簇同源的DNA供体片段。B.在植物基因组目标位点预置Kp03的识别序列（如attB）。C.将表达Kp03重组酶的载体导入植物细胞。D.将含有目标基因簇及配对识别序列（如attP）的供体DNA导入植物细胞。【答案】A【解析】本题考查对Kp03技术操作流程的掌握。Kp03系统基于位点特异性重组，其精准性依赖于预置的attB位点和供体DNA上的attP位点，不需要像同源重组（HR）那样设计与基因组同源的供体片段。A选项是同源重组介导的编辑（如HDR）所需的步骤。8．（2024·浙江杭州期中）异源器官移植是替代受损或衰竭器官的有效方法。中国科学院研究员通过将红色荧光标记人多功能干细胞（iPSCs）注射到猪胚胎中，成功借助猪胚胎培育出人源性肾脏，如图1所示。该研究首先通过敲除猪胚胎细胞中与肾脏发育密切相关的基因P和基因M，获得肾脏缺陷型猪胚胎，为后续iPSCs的生长和分化提供了必要的胚胎互补环境；其次，向iPSCs转入促增殖基因和抗凋亡基因，并诱导两者高水平表达，如图2所示，大大增强了iPSCs在猪胚胎中的存活率。

回答下列问题：(1)改造人类多功能干细胞：①图2中质粒上有促增殖基因、红色荧光蛋白基因和基因（答出2种即可）等。②获得转基因iPSCs细胞后，需将其培养在含的培养液中，从而实现抗凋亡蛋白与促增殖蛋白的过量表达。为检验诱导表达效果，提取培养后细胞的蛋白质，利用蛋白质的带电特性，通过将不同大小的蛋白质分开，再用带标记的进行检测。(2)构建双基因敲除的猪胚胎：①设法获得敲除基因P的猪胚胎成纤维细胞后，将细胞与去核卵母细胞通过进行诱导融合和激活，获得重组细胞。②向重组细胞注射碱基编辑器CBE，CBE可将基因M特定序列中的碱基C脱去氨基转变为U，在DNA复制后，使碱基对C-G被A-T替换，编码谷氨酰胺的密码子（CAA）转变为终止密码子（UAA），这将导致，从而达到敲除基因D的目的。③双基因敲除后的重组细胞通过胚胎体外培养至后转移至代孕母体内继续发育，最终获得缺失肾脏的猪胚胎。(3)嵌合体胚胎的培养与检测：将转基因iPSCs注入双基因敲除的猪早期胚胎中获得嵌合体胚胎，对胚胎进行解剖观察，观察胚胎中的分布可知人iPSCs参与形成嵌合体胚胎的哪些组织器官。结果发现，人细胞绝大部分位于肾脏，而胚胎的其余部分则基本由猪细胞组成，形成该结果的机理是。【答案】(1)逆转录酶基因、抗凋亡基因、转录激活蛋白A的基因、与目的基因整合至人类基因组有关的酶的基因、介导病毒侵染人体细胞相关的蛋白的基因等四环素电泳针对目标蛋白（或抗凋亡蛋白与促增殖蛋白）的抗体分子(2)电刺激翻译时序列合成提前终止，表达产物的结构与功能异常囊胚期或桑葚胚(3)红色荧光人细胞的竞争能力弱于猪细胞，因此其它部位人类细胞无法大量介入；猪胚胎缺乏形成肾脏所需的关键基因，无法形成肾脏，形成空缺，此时人细胞进入，发育形成肾脏【分析】基因工程技术的基本步骤：（1）目的基因的获取：方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成。（2）基因表达载体的构建：是基因工程的核心步骤，基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等。（3）将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样。（4）目的基因的检测与鉴定。【详解】（1）①结合题干信息可知，需要将敲除基因P和基因M的细胞与质粒结合，最终增强iPSCs在猪胚胎中的存活率，故图2中质粒上有促增殖基因、红色荧光蛋白基因和逆转录酶基因、抗凋亡基因、转录激活蛋白A的基因、与目的基因整合至人类基因组有关的酶的基因、介导病毒侵染人体细胞相关的蛋白的基因等。②结合图2可知，重组质粒上含有四环素（的抗性基因），故获得转基因iPSCs细胞后，需将其培养在含四环素的培养液中培养，从而实现抗凋亡蛋白与促增殖蛋白的过量表达；分离不同大小蛋白质的方法是电泳技术；由于抗原抗体的结合具有特异性，故用带标记的针对目标蛋白（或抗凋亡蛋白与促增殖蛋白）的抗体分子可进一步进行检测，若出现杂交带，则可证明。（2）①将细胞与去核卵母细胞通过电刺激进行诱导融合和激活，获得重组细胞。②密码子是位于mRNA上的三个相邻碱基，能够编码一个氨基酸，其中终止密码子可决定翻译的终止过程，故若编码谷氨酰胺的密码子（CAA）转变为终止密码子（UAA），会导致翻译时序列合成提前终止，表达产物的结构与功能异常。③胚胎移植时通常需要将胚胎培养至桑椹胚或囊胚阶段。（3）结合（1）可知，该技术中重组胚胎含有红色荧光蛋白基因，故观察胚胎中红色荧光的分布可知人iPSCs参与形成嵌合体胚胎的哪些组织器官；分析题意可知，人细胞绝大部分位于肾脏，而胚胎的其余部分则基本由猪细胞组成，原因可能是：人细胞的竞争能力弱于猪细胞，因此其它部位人类细胞无法大量介入；猪胚胎缺乏形成肾脏所需的关键基因，无法形成肾脏，形成空缺，此时人细胞进入，发育形成肾脏。9.（2025·上海闵行一模）是一种简单、准确进行基因定点编辑的系统，可由引导蛋白到一个特定的位点对特定序列进行切割。科研团队通过改造系统得到了高活性迷你基因编辑工具——系统（图1）。(1)与功能相似的是________。A．聚合酶 B．连接酶C．限制性内切核酸酶 D．解旋酶(2)将改造为时，研究人员用精氨酸替换相应位点的氨基酸，以增强其与和目标的静电吸附力。由此推测，在生理条件下，精氨酸带有。该改造策略属于策略。（编号选填）①正电荷②负电荷③定点突变④定向进化⑤设计全新蛋白质(3)如图1，的端序列作为靶向序列与目标配对时，可能发生的碱基互补配对有；的端形成折叠结构可稳定蛋白复合体，该区域内可能存在的碱基互补配对有。（编号选填）①②③④⑤⑥系统进一步改造为融合脱氨酶的“”系统后可用于单碱基编辑，新系统在的引导下，将结合区域内特定位点的碱基C经脱氨反应后变成尿嘧啶U，然后在未脱氨的互补链上制造一个单链切口，启动修复后实现的不可逆编辑，如图2所示。(4)有两个具有切割功能的结构域：结构域甲切割与互补的目标链，结构域乙切割另一条链。结合改造目的推测，需要对进行的改造是。（编号选填）①使结构域甲失活②使结构域乙失活(5)根据图2，该单碱基编辑的过程________。A．发生氢键的断裂和形成B．发生磷酸二酯键的断裂和形成C．依赖复制D．导致基因突变研究人员通过显微注射系统，靶向编辑小鼠（）7号染色体上黑色素合成关键酶的基因T，成功构建了白化病小鼠模型。(6)显微注射应选用________。A．受精卵 B．桑椹胚 C．囊胚 D．原肠胚(7)显微注射后培育得到12只实验小鼠，其表型结果如表。请分析小鼠表型出现差异可能的主要原因，选择编号并填入表。小鼠表型小鼠数量（只）可能的主要原因完全白化5部分白化4未白化3①未成功识别目标序列②基因编辑时只破坏一个T基因③基因编辑破坏两个T基因④卵裂快于基因编辑导致仅部分子细胞成功编辑【答案】(1)C(2)①③(3)①④⑥④⑥(4)②(5)ABCD(6)A(7)③④①②【分析】基因工程：指按照人们的意愿，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程的工具：①限制酶：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂；②DNA连接酶：连接的是两个核苷酸之间的磷酸二酯键；③运载体：常用的有质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒。基因编辑又称基因组编辑或基因组工程，是一种新兴的比较精确的能对生物体基因组特定目标基因进行修饰的一种基因工程技术或过程；早期的基因工程技术只能将外源或内源遗传物质随机插入宿主基因组，基因编辑则能定点编辑想要编辑的基因；基因编辑依赖于经过基因工程改造的核酸酶，也称“分子剪刀”，在基因组中特定位置产生位点特异性双链断裂（DSB），诱导生物体通过非同源末端连接（NHEJ）或同源重组（HR）来修复DSB，因为这个修复过程容易出错，从而导致靶向突变，这种靶向突变就是基因编辑；基因编辑以其能够高效率地进行定点基因组编辑，在基因研究、基因治疗和遗传改良等方面展示出了巨大的潜力。【详解】（1）eIscB-D/eωRNA系统能引导IscB蛋白到特定DNA位点切割特定序列，而限制性内切核酸酶的功能是识别并切割DNA分子上的特定核苷酸序列，二者功能相似；DNA聚合酶负责DNA的合成，DNA连接酶负责连接DNA片段，DNA解旋酶负责解开DNA双链，均与该系统功能不同。（2）静电吸附力增强，说明精氨酸与带负电的RNA、DNA（核酸带负电）的相互作用更强，因此推测生理pH下精氨酸带正电荷。用精氨酸替换IscB相应位点的氨基酸，是对蛋白质的特定氨基酸位点进行改造。（3）ωRNA的5'端与目标DNA配对：RNA的碱基为A、U、C、G，DNA的碱基为A、T、C、G，二者配对的方式为A-T、U-A、C-G、G-C，对应选项为①A-T、④A-U、⑥C-G。ωRNA的3'端自身折叠配对：RNA分子内部的碱基互补配对只能发生在RNA的碱基之间，即A-U、C-G，对应选项为④A-U、⑥C-G。（4）改造目的是实现单碱基编辑，需要仅在靶标链制造单链切口（结构域甲切割与ωRNA互补的目标DNA链），而另一条链（结构域乙切割的链）不能被切割，因此需使结构域乙失活，只保留结构域甲的切割功能，启动DNA修复实现C→T编辑。（5）单碱基编辑过程中，DNA解旋会发生氢键的断裂，修复时碱基重新配对会发生氢键的形成；制造单链切口会断裂磷酸二酯键，DNA修复时会重新形成磷酸二酯键；C→T的碱基改变属于基因突变；DNA修复依赖DNA复制。故选ABCD。（6）显微注射选用受精卵作为操作对象，核心原因在于受精卵的全能性最高。（7）1、完全白化，基因编辑破坏了两个T基因，色素合成关键酶的编码基因完全失活，无法合成色素，因此小鼠表现为完全白化。2、部分白化，卵裂的速度快于基因编辑的进程，导致仅部分细胞的T基因被成功编辑，未被编辑的细胞仍能合成色素，最终小鼠表现为部分白化。3、未白化，ωRNA未成功识别目标DNA序列，基因编辑未发生，或只破坏一个T基因，另一个T基因保持正常功能，色素合成不受影响，因此小鼠未白化。10.（2025·重庆渝中阶段练习）铁代谢在哺乳动物性别决定中起关键作用。母体孕期铁元素缺乏可导致雄性小鼠性别逆转（性染色体组成为XY个体的性腺发育为卵巢而非睾丸，表现为雌性表型），具体机制如下：Ⅰ.Y染色体上的Sry基因是雄性发育的关键开关，需在胚胎发育特定时期激活；Ⅱ.KDM3A蛋白（Fe2+依赖型组蛋白去甲基化酶）通过去除Sry基因启动子的抑制性标记，激活其表达；Ⅲ.性腺细胞通过上调Tfrc基因（编码铁转运蛋白TFR1）表达，主动富集Fe2+。请回答以下问题：(1)据图，从分子机制角度分析，母体缺铁导致XY型胚胎性别逆转的过程是：孕鼠缺铁→→Sry基因无法激活→性腺向卵巢方向发育。(2)为模拟孕期缺铁，研究人员构建了小鼠模型，技术路线如下表：第一步：构建loxP品系第二步：构建Cre品系第三步：获得特异性条件敲除小鼠在野生型小鼠Tfrc基因两端插入两个loxP序列，获得转基因小鼠品系甲（记作Tfrcflox/flox，Cre⁻Cre⁻）CreERT2是Cre重组酶与ERT2的融合蛋白（由CreERT2融合基因表达生成），获得表达CreERT2蛋白的转基因小鼠品系乙（记作Tfrc-/-，Cre+Cre+）甲、乙品系杂交得F1（记作Tfrcflox/-，Cre+Cre-），F1自由交配后筛选F2中符合要求的目标小鼠①第一步中，使用基因组编辑技术实现目的序列的插入（如图所示）。首先根据目标序列设计向导DNA（转录出gRNA）序列；接着将向导DNA与核酸酶基因一起克隆到载体中以制备重组分子；与此同时，人工合成ssODN；最后，将重组分子及ssODN同时导入中，表达出核酸酶和gRNA，对目标序列进行切割及修复。为得到符合要求的小鼠，在对切割位点A修复时，应使用以下哪种ssODN为模板？（填字母）。a.5'-ATGCAT……ACGCATATAACT……AGTTATCGTTAG……CGAATC-3'b.5'-ATGCGT……ATGCATATAACT……AGTTATGATTCG……CTAACG-3'c.5'-ATGCGT……ATGCATATAACT……AGTTAT……ATAACT……AGTTATGATTCG……CTAACG-3'd.5'-ATGCAT……ACGCATATAACT……AGTTATCGTTAG……CGAATC-3'3'-TACGTA……TGCGTATATTGA……TCAATAGCAATC……GCTTAG-5'②Cre重组酶可切除两同向loxP间序列；ERT2与他莫昔芬（4-OHT）结合后使CreERT2入核，否则滞留细胞质。胚胎中所有细胞内均敲除Tfrc基因会致死，现需对目标小鼠进行组织特异性敲除。转基因鼠乙的融合基因应插入到启动子后表达。通过在胚胎发育特定时期注射4-OHT诱导CreERT2进入细胞核的意义是。③第三步中，目标小鼠的基因型为。为验证Tfrc基因敲除是否成功，可检测Tfrc基因的mRNA水平；还可从中提取总蛋白，检测TFR1蛋白的表达量。【答案】(1)胚胎性腺细胞内Fe2+富集不足，导致KDM3A蛋白活性降低，无法去除Sry基因启动子的抑制性标记(2)受精卵a性腺细胞（组织）特异性可以确保在胚胎发育的关键时期敲除Tfrc基因Tfrcflox/flox，Cre⁺Cre⁺和Tfrcflox/flox，Cre⁺Cre⁻性腺组织【分析】基因工程技术的基本步骤：（1）目的基因的筛选与获取：方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成。（2）基因表达载体的构建：是基因工程的核心步骤。（3）将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样。（4）目的基因的检测与鉴定。【详解】（1）母体缺铁会导致胚胎性腺细胞中Fe2+供应不足；由于KDM3A蛋白是Fe2+依赖型酶，胚胎性腺细胞内Fe2+富集不足，会使KDM3A蛋白活性降低，无法去除Sry基因启动子的抑制性标记，导致Sry基因无法激活，最终性腺向卵巢方向发育。（2）①构建转基因小鼠（动物）时，目的基因需导入受精卵中，因受精卵具有全能性，可发育为完整个体。本步骤的目标是在Tfrc基因两侧各插入一个loxP序列。对于图上的左侧插入来说，ssODN需包含Tfrc基因断裂处两端的同源序列及中间插入的一个loxP序列。选项a符合要求。②为实现性腺细胞特异性敲除Tfrc基因，CreERT2融合基因应插入性腺细胞（组织）特异性表达基因的启动子后，确保仅性腺细胞表达CreERT2。未加4-OHT时，CreERT2滞留于细胞质，避免非特异性敲除；注射4-OHT后，CreERT2入核，仅在特定时期激活Cre重组酶活性，实现时空特异性敲除（避免胚胎早期敲除导致死亡，可以确保在胚胎发育的关键时期敲除Tfrc基因）。③F2中需同时携带Tfrc基因两端的loxP序列和CreERT2基因，即目标小鼠的基因型为Tfrcflox/flox，Cre⁺Cre⁺和Tfrcflox/flox，Cre⁺Cre⁻。TFR1由Tfrc基因编码，主要在性腺细胞中表达，故应从性腺组织中提取总蛋白检测。11．（2025·黑龙江阶段练习）基因敲除是通过一定的途径使机体特定的基因失活或缺失的技术。科学家常借助基因敲除技术，使特定的基因功能丧失，进而推测出该基因的生物学功能。来源于λ噬菌体的Red同源重组系统就可用于大肠杆菌等一系列工程菌的基因敲除。回答下列问题：(1)Red同源重组由λ噬菌体的exo、bet、gam三个基因组成，分别编码EXO、BET、GAM三种蛋白质，EXO为双链核酸外切酶，可以结合在双链DNA的末端，从5′向3′降解DNA单链，产生（填“3′”或“5′”）黏性末端。BET结合在exo外切产生的末端单链上，促进其与受体细胞内正在复制的靶序列进行同源重组，替换靶基因。GAM蛋白能够抑制受体细胞内核酸外切酶活性，进而（填“抑制”或“促进”）受体细胞对外源DNA的降解。(2)Red同源重组技术要用到质粒pKD46，该质粒含有温度敏感型的复制起点oriR101，在30℃培养时可以正常复制，而高于37℃时会自动丢失。由ParaB启动子调控的exo、bet、gam基因，需要L－阿拉伯糖诱导表达。λ－Red系统介