Question

Bt 毒素是由苏云金芽胞杆菌产生的一种毒蛋白，对多种昆虫具有较强的杀伤力，而对人和其它脊椎动物没有毒性。

（1）以Bt毒蛋白为有效成分的农药长期使用，会导致害虫种群____，使药效减弱直至丧失，无法在生产中继续使用。

（2）以家蚕为材料，研究昆虫抗药性遗传特性。测定生命力大致相同的多品种家蚕幼虫致死50%的Bt浓度（LC₅₀），结果如下：

家蚕品种	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研究人员欲选择敏感型和抗药型家蚕为亲本进行杂交实验，据上表结果，最好选择家蚕品种是_______。

②杂交实验及结果如下表：

亲本	实验一 ♀抗药型×♂敏感型	实验二 ♀敏感型×♂抗药型	实验三 实验一的F1×抗药型	实验四 实验二F1×敏感型	实验五 实验一F1自交	实验六 实验二F1自交
子代	抗药型	0	0	67	0	37	34
敏感型	80	80	83	150	113	116

实验一和实验二的结果表明，家蚕抗药型是由位于_____染色体上的_____性基因控制的；实验___ 的结果表明，F₁产生两种配子且比例为1:1

（3）Bt毒蛋白与家蚕幼虫的中肠细胞特异性受体结合，使细胞膜穿孔，细胞裂解，幼虫死亡。为从分子水平上阐明家蚕产生抗药性的原因，研究人员从实验一亲本_____细胞中提取总RNA，获取cDNA，测定亲本受体基因碱基序列如图。

起始密码子	终止密码子	酪氨酸密码子
AUG/GUG	UAA/UAG	UAU/UAC

从分子水平推测家蚕抗药性产生的原因____________________________

（4）依据Bt受体基因设计的靶向sgRNA，可以与限制酶Cas9结合，定点切除受体基因的39个核苷酸。sgRNA 和 Cas9 mRNA 的混合物注射到______型家蚕受精卵中，若其发育成的家蚕幼虫表现为________，则进一步证明上述推测成立。

（5）基因编辑技术能精确靶向修饰生物体基因组特定位点，人为改造生物体的遗传信息。请从利弊两方面说明该技术的应用是一把“双刃剑”__________

Answer

基因频率（定向）改变 品种B和品种H 常 隐 实验三（或五或六） 中肠 敏感型受体基因中插入3个碱基对，导致基因突变，进而在受体蛋白中插入一个氨基酸（酪氨酸），受体蛋白结构改变，使受体不能与Bt毒蛋白结合而产生抗药性 敏感 抗药（型） 正面：生物育种（育种方向）；基因诊断；基因治疗；靶向治疗；药物生产（医药方向）。负面：基因污染；生态环境破坏；“外来物种入侵”；产生新的致病菌（环境方向）；基因歧视（伦理方向）；食品安全（食品安全健康方向）

【解析】

1、在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。

2、由题意可知，sgRNA与限制酶Cas9结合，可定点切除受体基因的39个核苷酸，使受体基因功能丧失。

（1）由于害虫会发生基因突变，使种群中出现含抗Bt毒蛋白基因的个体。以Bt毒蛋白为有效成分的农药长期使用对害虫起选择作用，会使害虫的抗Bt毒蛋白基因频率升高，使药效减弱直至丧失，无法在生产中继续使用。

（2）①由表格的内容可知，用Bt处理不同品种家蚕幼虫，使B品种家蚕幼虫出现半数死亡的Bt浓度（37.5mg/L）最小；使H品种家蚕幼虫出现半数死亡的Bt浓度（大于375mg/L）最大。因此，研究人员欲选择敏感型和抗药型家蚕为亲本进行杂交实验，最好选择B品种家蚕为敏感型亲本，H品种家蚕为抗药型家蚕为亲本。

②由实验一和实验二可知，敏感型和抗药型家蚕杂交，子代家蚕全为敏感型，说明敏感型为显性性状，抗药型为隐性性状。正交和反交，子代的表现型及比例相同，说明家蚕敏感型和抗药型的遗传与性别无关，则这对等位基因位于常染色体上。因此，家蚕抗药型是由位于常染色体上的隐性基因控制的。实验三中，杂合子（F1）与隐性纯合子（抗药型）杂交，子代中抗药型∶敏感型=1∶1，说明F1产生两种配子且比例为1:1。或实验五、六中，杂合子F1自交，子代中抗药型∶敏感型=1∶3，说明F1产生两种配子且比例为1:1。

（3）由“Bt毒蛋白与家蚕幼虫的中肠细胞特异性受体结合，使细胞膜穿孔，细胞裂解，幼虫死亡”可知，应从实验一亲本中肠细胞中提取总RNA，获取cDNA，测定亲本受体基因碱基序列。由题图可知，抗药型受体基因碱基序列比敏感型受体基因多了3个碱基对，为，且密码子UAU编码酪氨酸。由此可推测家蚕抗药性产生的原因敏感型受体基因中插入3个碱基对，导致基因突变，进而在受体蛋白中插入一个酪氨酸，受体蛋白结构改变，使受体不能与Bt毒蛋白结合而产生抗药性。

（4）由题意可知，sgRNA与限制酶Cas9结合，定点切除受体基因的39个核苷酸，使受体基因不能编码合成受体。因此，sgRNA 和 Cas9 mRNA 的混合物应注射到敏感型家蚕受精卵中。若其发育成的家蚕幼虫表现为抗药型，则说明受体基因不能编码合成受体，家蚕幼虫的中肠细胞无受体与Bt毒蛋白结合而产生抗药性，进一步证明上述推测成立。

（5）基因编辑技术在农牧业、医药和医学、环境保护等领域有广泛的应用，例如生物育种、基因诊断、基因治疗、药物生产等。基因编辑技术在给人类的生产和生活带来益处的同时，也使人们产生关于基因编辑技术安全性等方面的担忧。例如，基因污染、生态环境破坏、“外来物种入侵”、产生新的致病菌、基因歧视、食品安全等