1．2024年戴维·贝克等三位科学家因利用 $ \mathrm{A}\mathrm{I} $ 精准预测蛋白质的结构，推动蛋白质结构研究取得革命性进展，共同获得了诺贝尔化学奖。利用人工智能模型预测蛋白质的结构是蛋白质工程在人工智能时代的技术延伸。下列叙述错误的是（ ）
A．在利用 $ \mathrm{A}\mathrm{I} $ 设计蛋白质前需要先明确其功能需求
B．利用 $ \mathrm{A}\mathrm{I} $ 能设计出自然界不存在的蛋白质
C．利用 $ \mathrm{A}\mathrm{I} $ 获得蛋白质最终不需要经过基因工程
D．利用 $ \mathrm{A}\mathrm{I} $ 设计的蛋白质的功能需进行实验验证才能确定
答案：C
解析：蛋白质工程的基本流程：预期蛋白质功能 $ \to $ 设计预期的蛋白质结构 $ \to $ 推测应有的氨基酸序列 $ \to $ 找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因 $ \to $ 获得所需要的蛋白质，所以在利用 $ \mathrm{A}\mathrm{I} $ 设计蛋白质前需要先明确其功能需求， $ \mathrm{A} $ 正确；利用 $ \mathrm{A}\mathrm{I} $ 进行蛋白质设计属于蛋白质工程范畴，蛋白质工程可以设计出自然界不存在的蛋白质， $ \mathrm{B} $ 正确；利用 $ \mathrm{A}\mathrm{I} $ 获得蛋白质也需要以基因工程为基础，因为最终要通过改造或合成相应的基因并使其表达（转录和翻译）来合成蛋白质， $ \mathrm{C} $ 错误；利用 $ \mathrm{A}\mathrm{I} $ 设计出的蛋白质的功能需要进行实验验证才能确定是否符合预期，不能仅依赖理论模型， $ \mathrm{D} $ 正确。
2．我国科研人员鉴定出了紫杉醇生物合成途径中的关键酶 $ \mathrm{T}\mathrm{O}\mathrm{T} $ 的基因，解决了世界级难题；同时成功将 $ TOT $ 基因连同其他8个核心基因导入烟草细胞，在烟草（双子叶植物）中实现了紫杉醇的生物合成，操作流程如图。下列叙述错误的是（ ）
A．①常用农杆菌转化法，②可用 $ \mathrm{P}\mathrm{C}\mathrm{R} $ 技术扩增和琼脂糖凝胶电泳来检测
B．采用烟草根尖分生区培育脱毒苗的原因是分生区附近病毒很少或没有病毒
C．烟草根尖分生区需消毒处理，使用的液体培养基需高压蒸汽灭菌处理
D．③④过程所使用的培养基中，生长素与细胞分裂素的浓度、比例不同
答案：C
解析：农杆菌转化法是将目的基因导入双子叶植物常用的方法， $ \mathrm{P}\mathrm{C}\mathrm{R} $ 扩增和电泳检测可用于判断目的基因是否成功整合到目标生物细胞的染色体 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 上， $ \mathrm{A} $ 正确；根尖分生区的病毒极少，甚至无病毒，是培育脱毒苗的理想材料， $ \mathrm{B} $ 正确；外植体（如根尖分生区）在培养前需进行表面消毒（如用酒精、次氯酸钠处理），以去除微生物污染，植物组织培养一般使用的是固体培养基， $ \mathrm{C} $ 错误；③（诱导愈伤组织形成）和④（诱导胚状体形成）阶段需调整生长素与细胞分裂素的浓度和比例以调控细胞的分裂、脱分化和再分化， $ \mathrm{D} $ 正确。
3．我国在胚胎移植领域的成果已处于国际前沿，尤其在异种器官移植和高效繁育技术上。2025年3月，基因编辑猪肾脏成功移植到终末期肾病患者体内（技术流程见图），成为亚洲首例活体异种肾移植案例。下列相关叙述错误的是（ ）
A．步骤①获得的体细胞培养时，为保证细胞正常增殖，往往要加入动物血清
B．步骤②基因编辑的目标之一是消除猪细胞表面引发人免疫排斥的关键抗原
C．步骤③构建胚胎，需要利用体细胞核移植技术以及早期胚胎培养
D．为提高步骤④成功率，应对代孕母猪进行同期发情处理，使用免疫抑制剂
答案：D
解析：在动物细胞培养过程中，由于人们对细胞所需的营养物质还没有完全研究清楚，因此在使用合成培养基时，通常需要在培养基中加入动物血清等天然成分，以保证细胞的正常增殖，所以步骤①获得的体细胞培养时，为保证细胞正常增殖，往往要加入动物血清， $ \mathrm{A} $ 正确。猪细胞表面存在一些引发人免疫排斥的关键抗原，基因编辑的目标之一就是对这些关键抗原进行改造或消除，从而降低免疫排斥反应的发生，提高器官移植的成功率，所以步骤②基因编辑的目标之一是消除猪细胞表面引发人免疫排斥的关键抗原， $ \mathrm{B} $ 正确。构建用于异种器官移植的胚胎，需要利用体细胞核移植技术将供体细胞的细胞核移植到去核卵母细胞中（或将供体细胞注入去核的卵母细胞），形成重构胚，然后通过电刺激等方法激活重构胚使其完成细胞分裂和发育进程，以得到早期胚胎，所以步骤③构建胚胎，需要利用体细胞核移植技术以及早期胚胎培养， $ \mathrm{C} $ 正确。为提高步骤④的成功率，应对代孕母猪进行同期发情处理，使代孕母猪的子宫生理状态适于孕育胚胎，为胚胎植入创造良好的条件，代孕母猪一般不会对移植的胚胎产生免疫排斥反应，不需要对其使用免疫抑制剂， $ \mathrm{D} $ 错误。
4．糖尿病是危害全球人类健康的常见疾病，长期以来主要靠注射外源胰岛素进行治疗，严重影响患者的生活质量。我国科学家首次利用化学重编程多能干细胞 $ (\mathrm{C}\mathrm{i}\mathrm{P}\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{s}) $ 分化而来的胰岛细胞自体移植到一名1型糖尿病 $ (\mathrm{T}1\mathrm{D}\mathrm{M}) $ 患者体内，具体流程如图1所示。在一年的跟踪随访中，该病例成功摆脱胰岛素依赖，各项诊断指标恢复至正常水平。回答下列问题：
图1 图2
图3
（1） 正常人空腹时血糖浓度范围为 $ \mathrm{m}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}/\mathrm{L} $ ，人体内可以升血糖的激素有 （至少写2个）。
（2） $ \mathrm{T}1\mathrm{D}\mathrm{M} $ 主要是由于免疫系统攻击并破坏胰岛B细胞导致胰岛素分泌不足，引发高血糖症，因此属于 。 $ \mathrm{C}\mathrm{i}\mathrm{P}\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{s} $ 被诱导形成胰岛细胞说明发生了细胞分化，其实质是 。
（3） 研究人员从患者体内抽取脂肪组织，经 酶处理分散成单个细胞，制备成细胞悬液后进行细胞培养，分离出脂肪干细胞。
（4） 利用 $ \mathrm{C}\mathrm{i}\mathrm{P}\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{s} $ 制备胰岛细胞后，研究人员将糖尿病模型小鼠分为A、B组，A组进行手术但不移植胰岛细胞，B组体内移植胰岛细胞，然后两组均进行腹腔注射葡萄糖实验，结果如图2所示，该实验的目的是 。经过长时间科学论证后，研究人员将胰岛细胞移植回患者体内，一年内定期进行口服糖耐量检测（见图3），结果表明患者能摆脱胰岛素依赖，依据是 。（糖尿病的诊断阈值为血糖水平 $ ⩾ 200\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{d}\mathrm{L} $ ）
（5） 传统诱导多能干细胞 $ (\mathrm{i}\mathrm{P}\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{s}) $ 常利用病毒等载体将4种转录因子的基因导入体细胞，其中的 $ c-Myc $ 和 $ Klf4 $ 是原癌基因。据此分析，化学分子诱导 $ \mathrm{C}\mathrm{i}\mathrm{P}\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{s} $ 的优势是 。
答案：（1） $ 3.9\sim 6.1 $ ；胰高血糖素、肾上腺素、甲状腺激素、糖皮质激素等
（2） 自身免疫病；基因的选择性表达
（3） 胰蛋白酶或胶原蛋白
（4） 探究移植胰岛细胞能否降低糖尿病小鼠的血糖水平；移植75天后患者血糖调节基本恢复正常水平
（5） 不会导致细胞异常分裂（避免致癌风险）
解析：（1） 正常人空腹时血糖浓度范围为 $ 3.9～6.1\mathrm{m}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}/\mathrm{L} $ ；人体内有多种激素参与调节血糖浓度，如胰高血糖素、肾上腺素、甲状腺激素、糖皮质激素等，均能提高血糖浓度。
（2） 自身免疫病是指自身免疫反应对组织和器官造成损伤并出现了症状， $ \mathrm{T}1\mathrm{D}\mathrm{M} $ 主要是免疫系统攻击了自身胰岛 $ \mathrm{B} $ 细胞，引起其损伤导致胰岛素分泌不足，故属于自身免疫病。 $ \mathrm{C}\mathrm{i}\mathrm{P}\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{s} $ 被诱导形成胰岛细胞说明发生了细胞分化，其实质是基因的选择性表达。
（3） 将动物组织分散为单个细胞所用的酶是胰蛋白酶或胶原蛋白酶。
（4） 分析题干可知，自变量为是否移植胰岛细胞，由题图2可知，因变量为血糖浓度变化，故实验目的为探究移植胰岛细胞能否降低糖尿病小鼠的血糖水平；分析图3可知，移植75天后患者血糖水平 $ < 200\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{d}\mathrm{L} $ ，血糖调节已经恢复正常水平，表明患者能摆脱胰岛素依赖。
（5） 将原癌基因导入细胞，原癌基因可能过表达，导致细胞异常增殖，而化学分子诱导 $ \mathrm{C}\mathrm{i}\mathrm{P}\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{s} $ 的优势是不会导致细胞异常分裂，避免致癌风险。
5．重组酶—桥接 $ \mathrm{R}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 是一种突破了以往基因编辑中目标片段大小的限制，更加精准有效地用于基因组编辑的技术。桥接 $ \mathrm{R}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 由 $ S $ 基因上游的非编码区转录而来，其中第二、三茎环可分别与待插入目标片段的靶标序列、含有目标片段的供体序列结合，使二者在空间上相互靠近；重组酶是由 $ S $ 基因编码而来，其可以识别并切割靶标序列和供体序列的特定部位，将供体序列中的目标片段插入靶标序列中，实现基因重组，作用过程如图1所示。
图1
（1） 重组酶在基因编辑过程中发挥了基因工程工具中 的功能，该过程涉及 （填化学键）的变动。
（2） 结合上述研究，对桥接 $ \mathrm{R}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 的第二、三茎环进行人工设计，即可用于结合和重组不同的 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 片段。设计桥接 $ \mathrm{R}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 茎环中的结合序列时，需要依据 的碱基序列，然后通过人工合成的方法获取与桥接 $ \mathrm{R}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 对应的特定 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 序列，再利用 技术扩增。
（3） 研究发现，某大肠杆菌中质粒A上的卡那霉素抗性基因因缺乏启动子而无法表达，利用上述方法在质粒A中插入甲醇诱导型启动子，实验流程：对大肠杆菌另一质粒B进行编辑，包含 $ \to $ 将该质粒转入大肠杆菌 $ \to $ 使用含有 的培养基筛选 $ \to $ 获取基因编辑成功的菌株。
（4） 科研人员设计了绿色荧光蛋白 $ (\mathrm{G}\mathrm{F}\mathrm{P}) $ 报告系统，结构如图2所示，经重组酶—桥接 $ \mathrm{R}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 复合物处理可使其从无荧光变为能发出绿色荧光。
图2
该报告系统可证明，重组酶—桥接 $ \mathrm{R}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 复合物除能实现 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 片段插入外，还能实现 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 片段 。据此，重组酶—桥接 $ \mathrm{R}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 基因编辑技术可用于降低器官移植时免疫排斥的发生，推测其原理是 。
答案：（1） 限制酶和 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 连接酶；磷酸二酯键
（2） 靶标序列和供体序列； $ \mathrm{P}\mathrm{C}\mathrm{R} $
（3） 待插入的甲醇诱导型启动子、编码重组酶的 $ S $ 基因序列和转录桥接 $ \mathrm{R}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 的序列；卡那霉素和甲醇
（4） 切除；利用该系统切除相关抗原决定基因，使移植器官无法产生相应抗原，从而不能引起免疫排斥反应
解析：（1） 重组酶能识别并切割特定 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 序列，还能将供体序列中的目标片段插入靶标序列中，发挥了基因工程工具中限制酶和 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 连接酶的功能，即限制酶切割 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 的特定序列， $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 连接酶连接 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 片段，该过程涉及磷酸二酯键的断裂和形成。
（2） 桥接 $ \mathrm{R}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 的第二、三茎环要与待插入目标片段的靶标序列、含有目标片段的供体序列结合，所以设计结合序列时，需要依据靶标序列和供体序列的碱基序列，保证碱基互补配对。获取特定 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 序列后，利用 $ \mathrm{P}\mathrm{C}\mathrm{R} $ 技术扩增（ $ \mathrm{P}\mathrm{C}\mathrm{R} $ 可在体外大量扩增 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 片段）。
（3） 要在质粒 $ \mathrm{A} $ 中插入甲醇诱导型启动子，可对质粒 $ \mathrm{B} $ 进行编辑，包含待插入的甲醇诱导型启动子、编码重组酶的 $ S $ 基因序列和转录桥接 $ \mathrm{R}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 的序列，通过该系统实现启动子插入。质粒 $ \mathrm{A} $ 上卡那霉素抗性基因因缺乏启动子无法表达，插入诱导型启动子后其可在特定条件下表达，所以用含卡那霉素和甲醇的培养基筛选，能存活的菌株是基因编辑成功的菌株。
（4） 从报告系统来看，重组酶—桥接 $ \mathrm{R}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 复合物处理前无荧光，处理后有荧光，说明原本 $ GFP $ 基因因结构无法表达，处理后实现了 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 片段切除，使 $ GFP $ 基因能够表达。重组酶—桥接 $ \mathrm{R}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 基因编辑技术可用于降低器官移植时免疫排斥的发生，原理是利用该系统切除相关抗原决定基因，使移植器官无法产生相应抗原，从而不能引起免疫排斥反应。