1、2020-2021学年高一下学期生物人教版必修二-4基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳，叶徒相似，其实味不同。所以然者何，水土异也。同一株水毛茛，裸露在空气中的叶和浸在水中的叶，表现出了两种不同的形态。：基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系环境条件生物的性状直接影响？转录体现翻译蛋白质基因RNA生物的性状间接影响？如何体现 ：基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系【资料一】：豌豆是圆粒还是皱粒与细胞内的淀粉含量密切相关。淀粉含量高的豌豆在成熟时能有效保留水分而变得饱满，淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩。从基因层面上看，皱粒豌豆淀粉含量降低的原
2、因是DNA上插入了一段外来的DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因，导致淀粉分支酶异常，淀粉含量降低。【资料二】：人的白化症状是由于编码酪氨酸的基因异常引起的，酪氨酸酶存在于正常人的皮肤、毛发等处，它能将酪氨酸转化为黑色素，如果一个人由于基因异常而缺少酪氨酸酶，那将不能合成黑色素，从而表现出白化的症状。：基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系【资料三】：囊性纤维化是北美白种人中一种常见的遗传病，大约70%的囊性纤维化患者中编码CFTR转运蛋白的基因缺失了3个碱基，导致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，其空间结构发生改变，使CFTR转运氯离子的功能出现异常，导致患者支气管中粘液增多，管
3、腔受阻，细菌在肺部大量生长繁殖，最终使肺功能严重受损。【资料四】：镰状细胞贫血是一种遗传病，正常人的红细胞是中央微凹的圆饼状而患者的红细胞却是弯曲的镰刀状，这样的红细胞易破裂，使人患溶血性贫血，严重时会导致死亡。研究发现患者血红蛋白基因的碱基序列发生了改变，导致肽链上氨基酸的发生了替换，血红蛋白发生改变。：基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系分析资料，回答以下问题：请尝试使用流程图来表示：基因基因表达产物生物性状，三者之间的关系。囊性纤维化和镰状细胞贫血的根本病因是什么？是什么原因导致酪氨酸酶缺乏而患白化病？皱粒豌豆的形成机制是什么？分析上述资料并思考：基因控制生物体的性状有哪几种基本
4、方式？：基因表达与性状的关系基因表达产物基因表达产物与性状的关系与性状的关系一、基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状编码淀粉分支酶的基因被插入DNA序列打乱淀粉分支酶异常，活性降低淀粉合成受阻，含量降低淀粉含量低的豆豌豆由于失水而皱缩酪氨酸酶的基因酪氨酸酶mRNA酪氨酸中间产物转录翻译 ：基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系二、基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状CFTR基因缺失3个碱基CFTR蛋白结构异常，运输Cl-功能异常患者支气管黏液增多黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染血红蛋白基因碱基序列发生改变血红蛋白蛋白结构异常红细胞形状变为镰刀状，易破裂使人患溶
5、血性贫血，多在幼年期死亡 ：基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系转录作为酶来控制代谢过程翻译蛋白质基因RNA蛋白质直接参与生命活动间接控制：基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状；直接控制：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状；：基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系【资料五】20世纪初期，科学家发现将酵母菌培养在含有乳糖的培养基中，酵母菌细胞内能够产生分解乳糖的酶：-半乳糖苷酶；如果把酵母菌转移到不含乳糖的培养基中，该酶就会消失。也就是说酵母菌只有在某种底物存在时才产生相应的酶。当缺乏乳糖时，编码-半乳糖苷酶的基因消失了吗？酵母菌产生-半乳糖苷酶的条件
6、是什么？资料五说明了什么问题？酵母菌-半乳糖苷酶培养基添加乳糖培养基去掉乳糖培养基再添加乳糖停止合成-半乳糖苷酶酵母菌通过对基因表达的调控，使得细胞在特定的时间和空间特定的时间和空间产生相应的蛋白质。：基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系【资料六】科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞（有细胞核）和胰岛细胞，对这三种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示：检测的3种细胞卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因卵清蛋白mRNA珠蛋白mRNA输卵管细胞红细胞胰岛细胞+-+-这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？3种细胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因，但只检测到了
7、其中一种基因的mRNA证明事实说明了什么？3种细胞中有表达情况相同的基因吗？说明：“+”表示检测发现相应的分子，“-”表示检测未发现相应的分子。：基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？3种基因转录的mRNA分别出现在3种细胞中，表明每种细胞只合成3种蛋白质中的一种，因此这3种细胞中合成的蛋白质种类不完全相同。3种细胞中有表达情况相同的基因吗？虽然有一些特定功能的蛋白质，只在特定的细胞中合成，但也有些蛋白质在所有的细胞中都合成，比如ATP合成酶基因、细胞呼吸酶基因、核糖体蛋白基因等。3种细胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因，但只检
8、测到了其中一种基因的mRNA证明事实说明了什么？这一事实说明细胞中并不是所有的基因都表达，基因的表达存在选择性。：基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系细胞分化的本质就是基因的选择性表达。基因什么时候表达、在什么条件下表达、在哪些细胞中表达以及表达水平的高低，都与基因表达的调控有关。细胞中表达的基因管家基因奢侈基因在所有细胞中都表达的基因指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必须的；RNA聚合酶基因，核糖体蛋白基因等；只在某类细胞中特异性表达的基因，这类基因表达会使细胞在形态、结构和功能上产生稳定的差异；胰岛素基因，卵清蛋白基因等；：R e l a t i o n s h i p b
9、e t w e e n g e n e e x p r e s s i o n a n d b i o l o g i c a l c h a r a c t e r s基因表达与性状的关系基因表达与性状的关系 ：课时安排：2课时基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系同卵双胞胎来源于同一个受精卵，具有完全相同的DNA，从经典遗传学角度来说，两者应具有完全一样的表情，如体貌特征，生理特征及疾病易感性等。但事实并非如此，随着发育的进行，同卵双胞胎个体之间的差异会逐渐增大，那是什么原因造成的这种差异呢？美国西北大学的一项新研究颠覆了人们对基因的传统看法：贫穷可以嵌入基因组的大片区域，会在人类基
10、因组中近10%的基因上留下印记。贫穷真的会遗传？：基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系【资料七】柳穿鱼是一种园林花卉。如图所示的两株柳穿鱼，除了花的形态结构不同，其他方面基本相同。柳川鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。如图所示的两株柳穿鱼，它们体内的Lcyc基因的序列相同，只是植株A的Lcyc基因在开花时表达，植株B的Lcyc基因不表达。研究表明，植株B的Lcyc基因不表达的原因是它被高度甲基化（Lcyc基因有多个碱基连接甲基基团）。科学家将这两个植株作为亲本进行杂交，F1的花与植株A的相似，F1自交的F2中，绝大部分植株的花与植株A的相似，少部分植株的花与植株B的相似。：基
11、因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系【资料八】某种实验小鼠的毛色受一对等位基因Avy和a的控制，Avy为显性基因，表现为黄色体毛，a为隐性基因，表现为黑色体毛。将纯种黄色体毛的小鼠与纯种黑色体毛的小鼠杂交，子一代小鼠的基因型都是Avya，却表现出不同的毛色，介于黄色和黑色之间的一系列过度类型。研究表明，在Avy基因的前端（或称“上游”）有一段特殊的碱基序列决定着该基因的表达水平，这段碱基序列具有多个可发生DNA甲基化修饰的位点。当这些位点没有甲基化时，Avy基因正常表达，小鼠表现为黄色；当这些位点甲基化后，Avy基因的表达就受到抑制。这段碱基序列的甲基化程度越高，Avy基因的表达受到的抑
12、制越明显，小鼠体色体毛的颜色就越深。：基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系【讨论】阅读完上述两则资料后，你对文中哪一个词印象深刻？资料7中F1的花为什么与植株A的相似？在F2中，为什么有些植株的花与植株B的相似？柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传有什么共同点？这对你认识基因和性状的关系有什么启示？请尝试分析导致柳穿鱼的形态结构和小鼠毛色改变的原因是什么？请尝试概括表观遗传的概念。：基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系【讨论】请尝试分析导致柳穿鱼的形态结构和小鼠毛色改变的原因是什么？柳穿鱼花的形态改变，是因为基因的部分碱基被高度甲基化，小鼠毛色的改变，是因为基因的前端有一段影响基
13、因表达的特殊的碱基序列被甲基化。发生在基因或基因前端的甲基化修饰均导致相关基因的表达受到抑制，进而影响性状。F1的花为什么与植株A的相似？在F2中为什么有些植株的花与植株B的相似？F1植株同时拥有来自植株A和植株B的Lcyc基因。植株A的Lcyc基因能够表达，表现为显性；植株B的Lcyc基因由于部分碱基被甲基化，基因表达受到抑制，表现为隐性。因此F1的花与植株A的相似。F1自交后F2中有少部分植株含有两个来自植株B的Lcyc基因，同样因部分碱基被甲基化而导致基因表达受到抑制，这部分植株的花与植株B的相似。：基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系【讨论】柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传有
14、什么共同点？这对你认识基因和性状的关系有什么启示？请尝试概括表观遗传的概念。柳穿鱼的Lcyc基因和小鼠的Avy基因的碱基序列均没有变化，但部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达，进而对表型产生影响。这种DNA甲基化修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表型。基因的碱基序列保持不变，性状发生改变，这表明基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系，基因的表达受到很多因素的影响，体现了基因与性状之间关系的复杂性。：基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系【表观遗传】：生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象，叫做表观遗传。CCGG5533CG53CH3 甲基化 DNA
15、甲基化示意图 表观遗传现象普遍存在于生物体的生长发育和衰老的整个生命活动过程中；这种表型改变有多种机制，除了DNA甲基化外，构成染色体的组蛋白发生甲基化，乙酰化等修饰也会影响基因的表达。这种调控方式，往往通过有丝分裂延续，若发生在生殖细胞中则会影响下一代的性状。：基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系有研究表明：吸烟会使人的体细胞内DNA的甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生影响。不仅如此，还有研究发现男性吸烟者的精子活力下降，精子中DNA的甲基化水平明显升高，请查阅相关资料，结合表观遗传、烟草烟雾中含有的化学物质及其危害等知识，向亲友和周围人群深入宣传戒烟的道理。【总结】基因通过
16、其表达产物蛋白质来控制性状。细胞内的基因表达与否以及表达水平的高低都是受到调控的。细胞分化的实质是基因选择性表达的结果，表观遗传能够使生物体在基因的碱基序列不变的情况下，发生可遗传的性状改变。：基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系在大多数情况下，基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系。例如：人的身高是由多个基因决定的，其中每个基因对身高都有一定的作用。多因一效：一个性状可以受到多个基因的影响。一因多效：一个基因可以影响多个性状。例如：研究发现水稻中的Ghd7基因编码的蛋白质不仅参与了开花的调控，而且对水稻的生长、发育和产量都有重要的作用。基因通过改变遗传物质如基因突变，染色体变异等
17、，使性状发生改变。通过表观遗传，导致产生性状差异。环境【综上所述】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，这种相互作用形成了一个错综复杂的网络，精细的调控者生物体的性状。：基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系【思维训练提出假说】：遗传学家曾做过这样的实验，果蝇幼虫正常的培养温度为25，将刚孵化的残翅果蝇幼虫放在31 的环境中培养，得到了一些翅长接近正常的果蝇成虫，这些翅长接近正常的果蝇在正常温度下产生的后代仍然是残翅果蝇。请针对高温培养残翅果蝇幼虫得到翅长接近正常果蝇成虫的原因提出假说，进行解释。残翅果蝇翅长接近正常的果蝇提示：翅的发育是否经过酶催化的反应？
18、酶与基因的关系是怎样的？酶与温度的关系是怎样？提出假说提出假说:根据已有的知识和信息提出解释某一生物学问题的一种假说，再用进一步的观察与实验，对已建立的假说进行修正与补充。：基因表达与性状的关系基因表达产物与性状的关系【拓展应用】：某种猫的雄性个体有两种毛色：黄色和黑色；而雌性个体有三种毛色，黄色、黑色、黑黄相间。分析这种猫的基因，发现控制毛色的基因是位于X染色体上的一对等位基因：Xo（黄色）和XB（黑色），雄猫只有一条X染色体，因此，毛色不是黄色就是黑色。而雌猫却出现了黑黄相间的类型，这是为什么呢？是不是雌猫的有些细胞内X表达而另一些细胞内X表达呢？请查找资料，寻找答案。：本章思维导图基因表达产物与性状的关系基因的表达基因指导蛋白质的合成翻译转录主要表现为基因转录转录翻译翻译蛋白质DNA复制复制RNA逆转录逆转录复制复制中心法则细胞分化选择性表达控制酶的合成控制蛋白质的结构表观遗传 ：
