Question

【題目】Bt 毒素是由蘇云金芽胞桿菌產生的一種毒蛋白，對多種昆蟲具有較強的殺傷力，而對人和其它脊椎動物沒有毒性。

（1）以Bt毒蛋白為有效成分的農藥長期使用，會導致害蟲種群____，使藥效減弱直至喪失，無法在生產中繼續使用。

（2）以家蠶為材料，研究昆蟲抗藥性遺傳特性。測定生命力大致相同的多品種家蠶幼蟲致死50%的Bt濃度（LC50），結果如下：

家蠶品種	A	B	C	D	E	F	G	H
LC50（mg/L）	59.4	37.5	94.2	118.6	118.6	118.7	129.0	>375

①研究人員欲選擇敏感型和抗藥型家蠶為親本進行雜交實驗，據上表結果，最好選擇家蠶品種是_______。

②雜交實驗及結果如下表：

親本		實驗一 ♀抗藥型×♂敏感型	實驗二 ♀敏感型×♂抗藥型	實驗三 實驗一的F1×抗藥型	實驗四 實驗二F1×敏感型	實驗五 實驗一F1自交	實驗六 實驗二F1自交
子代	抗藥型	0	0	67	0	37	34
	敏感型	80	80	83	150	113	116

實驗一和實驗二的結果表明，家蠶抗藥型是由位于_____染色體上的_____性基因控制的；實驗___ 的結果表明，F1產生兩種配子且比例為1:1

（3）Bt毒蛋白與家蠶幼蟲的中腸細胞特異性受體結合，使細胞膜穿孔，細胞裂解，幼蟲死亡。為從分子水平上闡明家蠶產生抗藥性的原因，研究人員從實驗一親本_____細胞中提取總RNA，獲取cDNA，測定親本受體基因堿基序列如圖。

起始密碼子	終止密碼子	酪氨酸密碼子
AUG/GUG	UAA/UAG	UAU/UAC

從分子水平推測家蠶抗藥性產生的原因____________________________

（4）依據Bt受體基因設計的靶向sgRNA，可以與限制酶Cas9結合，定點切除受體基因的39個核苷酸。sgRNA 和 Cas9 mRNA 的混合物注射到______型家蠶受精卵中，若其發育成的家蠶幼蟲表現為________，則進一步證明上述推測成立。

（5）基因編輯技術能精確靶向修飾生物體基因組特定位點，人為改造生物體的遺傳信息。請從利弊兩方面說明該技術的應用是一把“雙刃劍”__________

Answer 1

【答案】基因頻率（定向）改變 品種B和品種H 常 隱 實驗三（或五或六） 中腸 敏感型受體基因中插入3個堿基對，導致基因突變，進而在受體蛋白中插入一個氨基酸（酪氨酸），受體蛋白結構改變，使受體不能與Bt毒蛋白結合而產生抗藥性 敏感 抗藥（型） 正面：生物育種（育種方向）；基因診斷；基因治療；靶向治療；藥物生產（醫藥方向）。負面：基因污染；生態環境破壞；“外來物種入侵”；產生新的致病菌（環境方向）；基因歧視（倫理方向）；食品安全（食品安全健康方向）

【解析】

1、在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會發生定向改變，導致生物朝著一定的方向不斷進化。

2、由題意可知，sgRNA與限制酶Cas9結合，可定點切除受體基因的39個核苷酸，使受體基因功能喪失。

（1）由于害蟲會發生基因突變，使種群中出現含抗Bt毒蛋白基因的個體。以Bt毒蛋白為有效成分的農藥長期使用對害蟲起選擇作用，會使害蟲的抗Bt毒蛋白基因頻率升高，使藥效減弱直至喪失，無法在生產中繼續使用。

（2）①由表格的內容可知，用Bt處理不同品種家蠶幼蟲，使B品種家蠶幼蟲出現半數死亡的Bt濃度（37.5mg/L）最小；使H品種家蠶幼蟲出現半數死亡的Bt濃度（大于375mg/L）最大。因此，研究人員欲選擇敏感型和抗藥型家蠶為親本進行雜交實驗，最好選擇B品種家蠶為敏感型親本，H品種家蠶為抗藥型家蠶為親本。

②由實驗一和實驗二可知，敏感型和抗藥型家蠶雜交，子代家蠶全為敏感型，說明敏感型為顯性性狀，抗藥型為隱性性狀。正交和反交，子代的表現型及比例相同，說明家蠶敏感型和抗藥型的遺傳與性別無關，則這對等位基因位于常染色體上。因此，家蠶抗藥型是由位于常染色體上的隱性基因控制的。實驗三中，雜合子（F1）與隱性純合子（抗藥型）雜交，子代中抗藥型∶敏感型=1∶1，說明F1產生兩種配子且比例為1:1。或實驗五、六中，雜合子F1自交，子代中抗藥型∶敏感型=1∶3，說明F1產生兩種配子且比例為1:1。

（3）由“Bt毒蛋白與家蠶幼蟲的中腸細胞特異性受體結合，使細胞膜穿孔，細胞裂解，幼蟲死亡”可知，應從實驗一親本中腸細胞中提取總RNA，獲取cDNA，測定親本受體基因堿基序列。由題圖可知，抗藥型受體基因堿基序列比敏感型受體基因多了3個堿基對，為，且密碼子UAU編碼酪氨酸。由此可推測家蠶抗藥性產生的原因敏感型受體基因中插入3個堿基對，導致基因突變，進而在受體蛋白中插入一個酪氨酸，受體蛋白結構改變，使受體不能與Bt毒蛋白結合而產生抗藥性。

（4）由題意可知，sgRNA與限制酶Cas9結合，定點切除受體基因的39個核苷酸，使受體基因不能編碼合成受體。因此，sgRNA 和 Cas9 mRNA 的混合物應注射到敏感型家蠶受精卵中。若其發育成的家蠶幼蟲表現為抗藥型，則說明受體基因不能編碼合成受體，家蠶幼蟲的中腸細胞無受體與Bt毒蛋白結合而產生抗藥性，進一步證明上述推測成立。

（5）基因編輯技術在農牧業、醫藥和醫學、環境保護等領域有廣泛的應用，例如生物育種、基因診斷、基因治療、藥物生產等。基因編輯技術在給人類的生產和生活帶來益處的同時，也使人們產生關于基因編輯技術安全性等方面的擔憂。例如，基因污染、生態環境破壞、“外來物種入侵”、產生新的致病菌、基因歧視、食品安全等