1、第第4章章 基因的表达基因的表达 第第 2 节节 基因表达与性状的关系基因表达与性状的关系 学学 习习 目目 标标 1.举例说明基因通过控制酶的合成和蛋白举例说明基因通过控制酶的合成和蛋白质的结构质的结构 控制生物体的性状。控制生物体的性状。 2.通过比较同一生物体通过比较同一生物体 3 种细胞中种细胞中 DNA 和和 mRNA 的检测结果的检测结果,说明细胞分化是基因选择性表达的结说明细胞分化是基因选择性表达的结 果。果。 3.通过分析柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传通过分析柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传 现象现象,概述表观遗传现象。概述表观遗传现象。 4.阐明基因、环境与性状之间的复
2、杂关系阐明基因、环境与性状之间的复杂关系,认同生命认同生命 的复杂性。的复杂性。 探究一探究一 基因表达产物与性状的关系基因表达产物与性状的关系 结合教材第结合教材第 71 页图页图 4-9,阅读相关内容阅读相关内容,阐明基因控制阐明基因控制 生物性状的两种方式生物性状的两种方式,并能举例说明。并能举例说明。 1.间接途径。间接途径。 基因基因 酶酶的合成的合成 细胞细胞代谢代谢 生物体的性状。生物体的性状。 2.直接途径。直接途径。 基因基因 蛋白质蛋白质的结构的结构 生物体的性状。生物体的性状。 3.实例实例(连线连线)。 探究探究二二 基因的选择性表达与细胞分化基因的选择性表达与细胞分化
3、 讨论教材第讨论教材第 72 页页“思考思考 讨论讨论”,阅读相关内容阅读相关内容,阐明基阐明基 因的选择性表达与细胞分化的关系。因的选择性表达与细胞分化的关系。 1.细胞内基因表达的类型。细胞内基因表达的类型。 (1)在所有细胞中都表达的基因在所有细胞中都表达的基因:指导合成的蛋白质是指导合成的蛋白质是 维持维持_所必需的所必需的,如如_、 _。 (2) 只 在 某 类 细 胞 中只 在 某 类 细 胞 中 _ 表 达 的 基 因表 达 的 基 因 : 如如 _、_。 2.细胞分化是细胞分化是_的结果。的结果。 3.基因的选择性表达与基因的选择性表达与_有关。有关。 细胞基本生命活动细胞基本
4、生命活动 核糖体蛋白基因核糖体蛋白基因 ATP合成酶基因合成酶基因 卵清蛋白基因卵清蛋白基因 特异性特异性 胰岛素胰岛素基因基因 基因选择性表达基因选择性表达 基因表达的调控基因表达的调控 探究探究三三 表观遗传表观遗传 讨论教材第讨论教材第73页“思考页“思考 讨论”讨论”,说出表观遗传的概说出表观遗传的概 念念,分析其原因、特点及对生物体性状的影响。讨论基分析其原因、特点及对生物体性状的影响。讨论基 因与性状的关系因与性状的关系,形成初步的遗传与进化观。形成初步的遗传与进化观。 1.表观遗传。表观遗传。 (1)概念。概念。 生物体基因的碱基序列生物体基因的碱基序列_,但但_和和 _发生可遗
5、传变化的现象发生可遗传变化的现象,叫作表观遗传。叫作表观遗传。 (2)原因。原因。 基因的基因的_没有发生变化没有发生变化,但部分碱基发生了但部分碱基发生了 _,抑制了基因的表达抑制了基因的表达,进而对表型产生影响。进而对表型产生影响。 保持不变保持不变 基因表达基因表达 表型表型 碱基序列碱基序列 甲基化修饰甲基化修饰 如下图所示如下图所示: DNA的甲基化的甲基化 (3)特点。特点。 基因的碱基序列基因的碱基序列_。 可遗传。可以遗传给后代可遗传。可以遗传给后代,使后代出现同样的使后代出现同样的 表型。表型。 普遍存在。普遍存在于生物体的生长、发育普遍存在。普遍存在于生物体的生长、发育 和
6、衰老的整个生命活动过程中。和衰老的整个生命活动过程中。 保持不变保持不变 2.基因与性状间的对应关系。基因与性状间的对应关系。 (1)一个性状可以受到一个性状可以受到_基因的影响。基因的影响。 (2)一个基因也可以影响一个基因也可以影响_性状。性状。 (3)生物体的性状也不完全是由基因决定的生物体的性状也不完全是由基因决定的, _ 对性状也有着重要影响。对性状也有着重要影响。 多个多个 多个多个 环境环境 探究一探究一 基因表达产物与性状的关系基因表达产物与性状的关系 分析下列材料分析下列材料,思考基因是如何控制性状的。思考基因是如何控制性状的。 材料一材料一 豌豆粒形豌豆粒形: 人的白化症状
7、人的白化症状: 材料二材料二 囊性纤维化囊性纤维化: CFTR基因缺失基因缺失3个碱基个碱基 CFTR蛋白结构异常蛋白结构异常,导致功能异常导致功能异常 患者支气管内黏液增多患者支气管内黏液增多 黏液清除困难黏液清除困难,细菌繁殖细菌繁殖,肺部感染肺部感染 (1)材料一说明材料一说明,基因通过控制基因通过控制_, 进而控制生物体的性状。进而控制生物体的性状。 答案答案: :酶的合成来控制代谢过程酶的合成来控制代谢过程 (2)材料二说明材料二说明,基因通过控制基因通过控制_ 控制生物体的性状。控制生物体的性状。 答案答案: :蛋白质的结构直接蛋白质的结构直接 基因、蛋白质和性状的关系基因、蛋白质
8、和性状的关系 (3)由材料一、二总结基因对性状的控制方式。由材料一、二总结基因对性状的控制方式。 提示提示: :基因控制性状的方式有两种基因控制性状的方式有两种,一种是通过控制酶一种是通过控制酶 的合成来控制代谢过程的合成来控制代谢过程,进而控制生物体的性状进而控制生物体的性状;另一种是另一种是 通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。 【例【例1】着色性干皮症是一种遗传病】着色性干皮症是一种遗传病,起因于起因于DNA损伤。损伤。 深入研究后发现患者体内缺乏深入研究后发现患者体内缺乏DNA修复酶修复酶,DNA损伤后不损伤后不 能修复而引起突变。这说明
9、一些基因能修复而引起突变。这说明一些基因( ) A.是通过控制酶的合成来控制代谢过程是通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生进而控制生 物体的性状物体的性状 B.是通过控制蛋白质的结构是通过控制蛋白质的结构,进而直接控制生物体的进而直接控制生物体的 性状性状 C.是通过控制酶的合成是通过控制酶的合成,进而直接控制生物体的性状进而直接控制生物体的性状 D.可以直接控制生物体的性状可以直接控制生物体的性状,发生改变后生物体的发生改变后生物体的 性状随之改变性状随之改变 解析解析: :由题意可知由题意可知,着色性干皮症起因于着色性干皮症起因于DNA损伤损伤,并并 且患者体内缺乏且患者体内缺乏DN
10、A修复酶修复酶,由此说明该基因通过控制由此说明该基因通过控制 DNA修复酶的合成来控制代谢过程修复酶的合成来控制代谢过程,进而间接控制生物体进而间接控制生物体 的性状。的性状。 答案答案: :A 【例【例2】人体内苯丙酮酸过多可引起苯丙酮尿症】人体内苯丙酮酸过多可引起苯丙酮尿症,下图下图 表示人体内苯丙氨酸的代谢途径表示人体内苯丙氨酸的代谢途径,据图分析错误的是据图分析错误的是( ) A.基因基因1不正常而缺乏酶不正常而缺乏酶1可能引起苯丙酮尿症可能引起苯丙酮尿症 B.由苯丙氨酸合成黑色素需要多个基因控制由苯丙氨酸合成黑色素需要多个基因控制 C.该图说明基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生该图
11、说明基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生 物体的性状物体的性状 D.基因基因2突变而缺乏酶突变而缺乏酶2将导致人患白化病将导致人患白化病 解析解析: :由题图可知由题图可知,基因基因1不正常而缺乏酶不正常而缺乏酶1,则苯丙则苯丙 氨酸只能在细胞中代谢生成苯丙酮酸氨酸只能在细胞中代谢生成苯丙酮酸,导致苯丙酮尿导致苯丙酮尿 症症,A项正确项正确;由苯丙氨酸合成黑色素需要酶由苯丙氨酸合成黑色素需要酶1、酶、酶2的作的作 用即需要基因用即需要基因1、基因、基因2的控制的控制,B项正确项正确;题图体现了基题图体现了基 因通过控制酶的合成来控制代谢过程因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体进而控
12、制生物体 的性状的性状,C项错误项错误;基因基因2突变突变,导致酶导致酶2不能合成不能合成,从而不从而不 能形成黑色素能形成黑色素,使人患白化病使人患白化病,D项正确。项正确。 答案答案: :C 【母题延伸】【母题延伸】 (1)若食物中缺乏酪氨酸若食物中缺乏酪氨酸,人体是否会患白化病人体是否会患白化病?为什为什 么么? 提示提示: :不会。因为酪氨酸属于非必需氨基酸不会。因为酪氨酸属于非必需氨基酸, ,在人体内在人体内 可以转化而来。可以转化而来。 (2)苯丙酮尿症患者的食物中应如何控制苯丙氨酸的苯丙酮尿症患者的食物中应如何控制苯丙氨酸的 含量含量? 提示提示: :苯丙氨酸为人体的必需氨基酸苯
13、丙氨酸为人体的必需氨基酸, ,因此苯丙酮尿症因此苯丙酮尿症 患者的食物中必须含有苯丙氨酸患者的食物中必须含有苯丙氨酸, ,但应控制苯丙氨酸的量但应控制苯丙氨酸的量, , 满足机体生命活动需要即可。满足机体生命活动需要即可。 探究探究二二 基因的选择性表达与细胞分化基因的选择性表达与细胞分化 资料资料1:最早试图对细胞分化机制作出解释的学者是最早试图对细胞分化机制作出解释的学者是 德国科学家魏斯曼德国科学家魏斯曼,他提出细胞分化是由于遗传物质丢他提出细胞分化是由于遗传物质丢 失造成的。失造成的。 资料资料2:到了到了20世纪中期世纪中期,很多实验证明很多实验证明,不仅是受精不仅是受精 卵卵,甚至
14、高度分化的动植物细胞甚至高度分化的动植物细胞,都含有本物种全套的遗都含有本物种全套的遗 传信息。传信息。 资料资料3:下表表示人体不同细胞中基因和蛋白质的存下表表示人体不同细胞中基因和蛋白质的存 在情况。在情况。 细细胞种胞种类类 细胞中的细胞中的DNADNA 细胞中的蛋白质细胞中的蛋白质 唾液唾液淀粉淀粉 酶基酶基因因 血红蛋白血红蛋白 基因基因 胰岛素基胰岛素基 因因 唾液淀粉唾液淀粉 酶酶 血血红蛋红蛋白白 胰胰岛素岛素 唾液腺细唾液腺细 胞胞 + + + + + + + + - - - - 红细胞红细胞 + + + + + + - - + + - - 胰岛细胞胰岛细胞 + + + +
15、+ + - - - - + + 注注:“+”表示有”表示有,“-”表示无。”表示无。 (1)资料资料1中“细胞分化是由于遗传物质丢失造成的”中“细胞分化是由于遗传物质丢失造成的” 这一观点对吗这一观点对吗?为什么为什么? 提示提示: :不对。细胞分化不是由于遗传物质丢失造成不对。细胞分化不是由于遗传物质丢失造成 的的, ,是基因选择性表达的结果。是基因选择性表达的结果。 (2)结合资料结合资料2,联系有丝分裂知识联系有丝分裂知识,分析分析:为什么高度为什么高度 分化的动植物细胞中含有本物种全套的遗传信息分化的动植物细胞中含有本物种全套的遗传信息? 提示提示: :所有细胞都是由受精卵有丝分裂而来
16、所有细胞都是由受精卵有丝分裂而来, ,有丝分有丝分 裂保证了亲代细胞和子代细胞在遗传组成上的一致性。裂保证了亲代细胞和子代细胞在遗传组成上的一致性。 (3)资料资料3中中,各细胞表达的基因有相同的吗各细胞表达的基因有相同的吗?不同种细胞不同种细胞 的蛋白质种类不同的蛋白质种类不同,直接原因是直接原因是DNA不同还是不同还是RNA不同不同? 提示提示: :不同细胞内存在都表达的基因不同细胞内存在都表达的基因;不同种细胞的蛋白不同种细胞的蛋白 质种类不同质种类不同,直接原因是直接原因是mRNA不同。不同。 (4)生长发育过程中生长发育过程中,细胞的形态结构和生理功能产生了细胞的形态结构和生理功能产
17、生了 很大差异很大差异,原因是什么原因是什么? 提示提示: :产生差异的原因是不同细胞的分化方向不同产生差异的原因是不同细胞的分化方向不同, ,根本根本 原因是基因的选择性表达。原因是基因的选择性表达。 “管家基因”和“奢侈基因”“管家基因”和“奢侈基因” (1)“管家基因”“管家基因”:在所有细胞中都表达的基因在所有细胞中都表达的基因,指导合成指导合成 的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的,如呼吸酶基因。如呼吸酶基因。 (2)“奢侈基因”“奢侈基因”:只在某类细胞中特异性表达的基因只在某类细胞中特异性表达的基因,指指 导合成的蛋白质与细胞特定的功能有关
18、导合成的蛋白质与细胞特定的功能有关,如血红蛋白基因。如血红蛋白基因。 【例【例3】下表表示三种不同细胞中的基因存在及表达】下表表示三种不同细胞中的基因存在及表达 情况情况,下列有关说法错误的是下列有关说法错误的是( ) 基因存在情况基因存在情况 基因表达情况基因表达情况 甲甲 乙乙 丙丙 丁丁 甲甲 乙乙 丙丙 丁丁 胰岛细胞胰岛细胞 眼晶状细胞眼晶状细胞 ( (胚胎中胚胎中) ) 神经细胞神经细胞 A.甲基因不可能是控制生长激素合成的基因甲基因不可能是控制生长激素合成的基因 B.三种细胞不同的根本原因是细胞中的遗传信息不同三种细胞不同的根本原因是细胞中的遗传信息不同 C.丁基因可能是控制丁基
19、因可能是控制ATP酶合成的基因酶合成的基因 D.三种细胞都有甲、乙、丙、丁四种基因的根本原因三种细胞都有甲、乙、丙、丁四种基因的根本原因 是细胞都来源于同一个受精卵是细胞都来源于同一个受精卵 解析解析: :甲基因在胰岛细胞中表达甲基因在胰岛细胞中表达,所以甲基因不可能是所以甲基因不可能是 控制生长激素合成的基因控制生长激素合成的基因,A项正确项正确;三种细胞不同的根本原三种细胞不同的根本原 因是基因的选择性表达因是基因的选择性表达,B项错误项错误;控制控制ATP酶合成的基因应酶合成的基因应 该在所有细胞中都表达该在所有细胞中都表达,所以丁基因可能是控制所以丁基因可能是控制ATP酶合成酶合成 的
20、基因的基因,C项正确项正确;三种细胞都有甲、乙、丙、丁四种基因的三种细胞都有甲、乙、丙、丁四种基因的 根本原因是细胞都来源于同一个受精卵根本原因是细胞都来源于同一个受精卵,D项正确。项正确。 答案答案: :B 【例【例4】下图为人体中不同细胞产生过程的模式图】下图为人体中不同细胞产生过程的模式图, 据图推断肌肉细胞、未成熟红细胞和神经细胞据图推断肌肉细胞、未成熟红细胞和神经细胞( ) A.含有的遗传信息相同含有的遗传信息相同 B.含有的蛋白质完全相同含有的蛋白质完全相同 C.含有的蛋白质种类完全不相同含有的蛋白质种类完全不相同 D.形成的原因是基因的选择性丢失形成的原因是基因的选择性丢失 解析
21、解析: :肌肉细胞、未成熟红细胞和神经细胞都来自肌肉细胞、未成熟红细胞和神经细胞都来自 同一个受精卵同一个受精卵,所含的遗传物质相同所含的遗传物质相同,A项正确项正确;肌肉细胞、肌肉细胞、 未成熟红细胞和神经细胞是细胞分化形成的未成熟红细胞和神经细胞是细胞分化形成的,而细胞分化而细胞分化 是基因选择性表达的结果是基因选择性表达的结果,所以这三类细胞遗传物质转录所以这三类细胞遗传物质转录 形成的形成的mRNA不完全相同不完全相同,含有的蛋白质也不完全相同含有的蛋白质也不完全相同,B 项错误项错误;这三类细胞所含的蛋白质也有相同的这三类细胞所含的蛋白质也有相同的,如呼吸如呼吸 酶酶,C项错误项错误
22、;这三类细胞形成的根本原因是基因的选择这三类细胞形成的根本原因是基因的选择 性表达性表达,D项错误。项错误。 答案答案: :A 探究探究三三 表观遗传表观遗传 分析教材第分析教材第73页“思考页“思考 讨论”的相关资料讨论”的相关资料,思考下列思考下列 问题。问题。 (1)资料资料1中中,F1的花为什么与植株的花为什么与植株A相似相似?在在F2中中,为什么为什么 有些植株的花与植株有些植株的花与植株B相似相似? 提示提示: :植株植株A的的Lcyc基因在开花时表达基因在开花时表达,可看成为显性基可看成为显性基 因因,而植株而植株B的该基因不表达的该基因不表达,可看成为隐性基因。两植株杂可看成为
23、隐性基因。两植株杂 交交,F1表现显性性状表现显性性状,F2出现类似性状分离的现象。出现类似性状分离的现象。 (2)资料资料2中中,小鼠性状改变的原因是什么小鼠性状改变的原因是什么? 提示提示: :小鼠的小鼠的Avy基因前端的碱基序列有多个位点发基因前端的碱基序列有多个位点发 生了生了DNA甲基化修饰甲基化修饰,Avy基因的表达受到抑制。基因的表达受到抑制。 (3)资料资料1和资料和资料2中展示的遗传现象有什么共同点中展示的遗传现象有什么共同点?这这 对你认识基因和性状的关系有什么启示对你认识基因和性状的关系有什么启示? 提示提示: :这两种遗传现象发生变化的原因都不是相应基这两种遗传现象发生
24、变化的原因都不是相应基 因的碱基序列发生变化因的碱基序列发生变化,而是部分碱基发生了甲基化修饰而是部分碱基发生了甲基化修饰, 抑制了基因的表达抑制了基因的表达,进而对表型产生了影响。由此可知进而对表型产生了影响。由此可知,两两 生物体的基因相同生物体的基因相同,其性状表现也不一定相同其性状表现也不一定相同,即生物体的即生物体的 性状不完全是由基因决定的。性状不完全是由基因决定的。 基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境 之间存在着复杂的相互作用之间存在着复杂的相互作用,这种相互作用形成了一个这种相互作用形成了一个 错综复杂的网络错综复杂的网络,精细
25、地调控着生物体的性状。精细地调控着生物体的性状。 【例【例5】黄色小鼠】黄色小鼠(AA)与黑色小鼠与黑色小鼠(aa)杂交杂交,产生的产生的 F1(Aa)不同个体出现了不同体色。研究表明不同个体出现了不同体色。研究表明,不同体色的不同体色的 小鼠小鼠A基因的碱基序列相同基因的碱基序列相同,但但A基因上二核苷酸基因上二核苷酸(CpG)胞胞 嘧啶有不同程度的甲基化嘧啶有不同程度的甲基化(如右栏图所示如右栏图所示)现象出现现象出现,甲基甲基 化不影响基因化不影响基因DNA复制。下列有关分析错误的是复制。下列有关分析错误的是( ) A.F1个体体色的差异与个体体色的差异与A基因甲基化程度有关基因甲基化程
26、度有关 B.甲基化可能影响甲基化可能影响RNA聚合酶与该基因的结合聚合酶与该基因的结合 C.碱基甲基化不影响碱基互补配对过程碱基甲基化不影响碱基互补配对过程 D.基因甲基化不会遗传给子代基因甲基化不会遗传给子代 解析解析: :由题意可知由题意可知,F1个体的基因型都是个体的基因型都是Aa,但体色有但体色有 差异差异,显然与显然与A基因甲基化程度有关基因甲基化程度有关,A项正确项正确;RNA聚合酶聚合酶 与该基因的结合属于基因表达的关键环节与该基因的结合属于基因表达的关键环节,而而A基因甲基基因甲基 化会影响其表达过程化会影响其表达过程,B项正确项正确;碱基甲基化不影响碱基甲基化不影响DNA复复
27、 制过程制过程,而而DNA复制过程有碱基互补配对过程复制过程有碱基互补配对过程,C项正确项正确; 基因甲基化可以遗传给子代基因甲基化可以遗传给子代,D项错误。项错误。 答案答案: :D 【例【例6】水稻分蘖】水稻分蘖(茎基部发生分枝茎基部发生分枝)受多个基因控制受多个基因控制, 水稻水稻MADS基因家族能控制侧芽分化和分蘖过程。重力基因家族能控制侧芽分化和分蘖过程。重力 因素通过影响因素通过影响HSFA2D基因进而影响基因进而影响LAZY1基因的表达基因的表达, 最终调控分蘖的方向。下列相关说法错误的是最终调控分蘖的方向。下列相关说法错误的是( ) A.水稻分蘖过程受到多个基因的共同调控水稻分蘖过程受到多个基因的共同调控 B.每个基因可以独立控制生物的某个性状每个基因可以独立控制生物的某个性状 C.MADS基因可以控制水稻分蘖等多个性状基因可以控制水稻分蘖等多个性状 D.LAZY1基因的表达受环境和其他基因影响基因的表达受环境和其他基因影响 答案答案: :B 课堂建构
