题干
疟疾是由疟原虫引起、经按蚊传播的传染病,对人类健康构成严重威胁。雌蚊成虫吸血后产卵,雄蚊不吸血。研究人员成功培育出一种转抗菌肽基因(MM-CP)按蚊。该抗菌肽仅在雌蚊吸血后高表达,可有效抑制按蚊肠道内疟原虫的发育,为疟疾防控提供了新思路。回答下列问题: (1)构建该转基因按蚊涉及的可遗传变异类型属于______________。MM-CP转录形成的mRNA在翻译过程中,tRNA上的____________与mRNA上的密码子互补配对,将氨基酸转运至核糖体参与抗菌肽合成。 (2)研究发现,抗菌肽影响按蚊自身存活。转基因雌蚊吸血后存活率显著降低,但多数个体能在死亡前完成繁殖。推测转基因按蚊中调控MM-CP表达的启动子类型为_____________。从基因传递的角度分析,选用该类启动子的原因是________________________________________________________________________。为降低抗菌肽对按蚊的不利影响,运用蛋白质工程原理提出一种改造MM-CP的设计思路。___________________________________________________________________________________________。 (3)基于CRISPR/Cas9系统的基因驱动技术,可使特定基因从亲代到子代的遗传概率显著高于50%,从而在种群中快速扩散。研究人员培育了驱动型和非驱动型转基因按蚊(如图)。与非驱动型相比,驱动型后代中携带MM-CP的个体比例显著增加,其原因是:形成配子时,Cas9切割野生型染色体,然后______________________________________,使更多配子携带MM-CP。 (4)若将该驱动型转基因按蚊大范围释放,可能引发一些潜在风险。试从生物进化角度提出一种潜在风险。_______________________________________________。
答案
(1) (2) ①. 诱导型启动子 ②. 使MM-CP仅在吸血后的雌蚊中表达,雄蚊和未吸血雌蚊不表达该基因,不会影响转基因按蚊的存活;即使吸血后雌蚊存活率降低,也可在死亡前完成繁殖,保证MM-CP基因能够传递给子代 ③. 从预期改造后抗菌肽的功能(仅抑制疟原虫发育,降低对按蚊存活的影响)出发,设计抗菌肽的空间结构,推测对应的氨基酸序列,进而改造MM-CP的基因序列,获得符合要求的抗菌肽 (3)以携带MM-CP的染色体为模板完成同源修复 (4)基因驱动会快速改变按蚊种群的基因频率,进而影响种群数量和种间关系,破坏生态平衡;也会对疟原虫起到定向选择作用,使疟原虫进化出抗性,引发新的风险
解析
构建转基因按蚊属于基因工程,属于基因重组;翻译过程中,tRNA上的反密码子和mRNA上的密码子配对。 抗菌肽基因仅在雌蚊吸血后高表达,可有效抑制按蚊肠道内疟原虫的发育,所以推测转基因按蚊中调控MM-CP表达的启动子类型为诱导型启动子。该启动子使MM-CP仅在吸血后的雌蚊中表达,雄蚊和未吸血雌蚊不表达该基因,不会影响转基因按蚊的存活;即使吸血后雌蚊存活率降低,也可在死亡前完成繁殖,保证MM-CP基因能够传递给子代。 蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活的需求,所以设计思路:,从预期改造后抗菌肽的功能(仅抑制疟原虫发育,降低对按蚊存活的影响)出发,设计抗菌肽的空间结构,推测对应的氨基酸序列,进而改造MM-CP的基因序列,获得符合要求的抗菌肽。 结合图示可知,Cas9切割野生型染色体后,会以携带MM-CP的染色体为模板完成同源修复,让原本的野生型染色体也变成携带MM-CP的染色体,最终体细胞两条同源染色体均带MM-CP,减数分裂产生的配子几乎都携带该基因,因此后代携带MM-CP的比例显著升高。 从生物进化角度,基因驱动会快速改变按蚊种群的基因频率,进而影响种群数量和种间关系,破坏生态平衡;也会对疟原虫起到定向选择作用,使疟原虫进化出抗性,引发新的风险。