Question

CRISPR/Cas9系统基因编辑技术是近年来颇受关注的一项新技术。该基因表达系统主要包含引导RNA和Cas9蛋白两个部分，引导RNA能识别并结合特定的DNA序列，从而引导Cas9蛋白结合到相应位置并剪切DNA，最终实现对靶基因序列的编辑。研究人员试图用CRISPR/Cas9系统对水稻产量基因Q基因进行编辑，请回答下列问题：

（1）研究发现，CRISPR/Cas9仅存在于原核生物，故需借助____________技术才能在水稻细胞中发挥作用。Cas9蛋白与_____________酶的功能相似。

（2）首先依据___________的部分序列设计DNA片段A（负责编码相应引导RNA），再将片段A与含有Cas9基因的质粒B连接，以构建编辑水稻Q基因的CRISPR/Cas9系统基因表达载体（如图所示）。位点Ⅰ、位点Ⅱ分别表示_____________酶切位点。

（3）质粒B大小为2.5kb（位点Ⅰ与位点Ⅱ相隔60b），经酶切后的片段A大小为0.5kb（千碱基对），连接形成的表达载体大小为___________kb。

（4）常用农杆菌转化法将目的基因导入水稻受体细胞，依据农杆菌的侵染特点，目的基因将插入到Ti质粒的_______上，经过转化作用，进入水稻细胞，并将其插入到____________，从而使其得以维持稳定和表达。

（5）CRISRP/Cas9基因编辑技术有时存在编辑对象出错而造成脱靶，试从引导RNA的角度分析脱靶的原因_________________________________________________。

Answer

转基因（DNA重组或基因工程） 限制酶 Q基因 KpnⅠ、BamHⅠ 2.94 T-DNA 水稻细胞染色体的DNA上 其他DNA序列也含有与引导RNA互补配对的序列，造成引导RNA错误结合而脱靶

【解析】

根据题意分析可知，CRISPR/Cas9系统基因编辑技术是利用该基因表达系统中的引导RNA能识别并结合特定的DNA序列，从而引导Cas9蛋白结合到相应位置并剪切DNA，最终实现对靶基因序列的编辑。由于其他DNA序列也含有与引导RNA互补配对的序列，造成引导RNA错误结合而出现脱靶现象。Ti质粒是农杆菌中的一种质粒，其上有T-DNA，把目的基因插入Ti质粒的T-DNA中是利用了T-DNA可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体DNA分子上。

（1）若将原核生物的基因导入真核生物中并表达，需要利用基因工程技术。根据题干信息“Cas9蛋白结合到相应位置并剪切DNA”，说明Cas9蛋白与限制酶的功能相似。

（2）由于是对水稻产量基因Q基因进行编辑，故首先需要依据Q基因的部分序列设计DNA片段A（负责编码相应引导RNA），再将片段A与含有Cas9基因的质粒B连接，以构建编辑水稻Q基因的CRISPR/Cas9系统基因表达载体（如图所示）。根据片段A两端的限制酶种类以及片段A连接在位点Ⅰ、位点Ⅱ之间，可知位点Ⅰ、位点Ⅱ分别表示KpnⅠ和BamHⅠ的酶切位点。

（3）质粒B大小为2.5kb（位点Ⅰ与位点Ⅱ相隔60b），经酶切后的片段A大小为0.5kb（千碱基对），连接形成的表达载体大小为2.5+0.5-0.06=2.94kb。

（4）常用农杆菌转化法将目的基因导入水稻受体细胞，由于农杆菌的Ti质粒的T-DNA可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体DNA上，故可将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上，经过转化作用，进入水稻细胞，并将其插入到水稻细胞染色体的DNA上，从而使其得以维持稳定和表达。

（5）由于其他DNA序列也含有与引导RNA互补配对的序列，造成引导RNA错误结合，从而导致CRISRP/Cas9基因编辑技术会出现编辑对象出错而造成脱靶。