1、-1- 第2节 基因表达与性状的关系 -2- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 学习目标 1.举例说明基因通过控制酶的合成和蛋白质的结构 控制生物体的性状,形成生命观念。 2.通过比较同一生物体不同细胞中DNA和mRNA的 异同,认同细胞分化是基因选择性表达的结果,培养 科学思维能力。 3.通过分析柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传 现象,概述表观遗传现象。 4.阐明基因、环境与性状之间的复杂关系;认同生 命的复杂性。 -3- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 一、基因表达产物与性状的关系 1.基因可以通过控制酶的合成来控
2、制代谢过程,进而控制生物体的 性状。 2.基因可以通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。 总之,基因对性状的控制是通过指导蛋白质的合成来实现的。 -4- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 二、基因的选择性表达与细胞分化 1.生物体多种性状的形成,都是以细胞分化为基础的。同一生物体 中不同类型的细胞,基因都是相同的,但形态、结构和功能各不相 同。 2.在不同类型的细胞中,表达的基因有两类。 (1)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 生命活动所必需的,如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因。 (2)只在某类细胞中特异性表达的基因,如
3、卵清蛋白基因、胰岛素基 因等。 3.细胞分化是基因选择性表达的结果。 -5- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 三、表观遗传 1.表观遗传是指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。 2.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。 3.表观遗传的类型有DNA甲基化、组蛋白甲基化和乙酰化等。 -6- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 4.基因与性状间的对应关系 (1)基因与生 物性状 (2)生物体的性状还受环境条件的影响。 (3)基因与基因、基因与基因
4、产物、基因与环境之间存在着复杂的 相互作用,这种相互作用形成一个错综复杂的网络,精细地调控着 生物体的性状。 -7- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 预习反馈 1.判断正误。 (1)生物的性状是基因和环境共同作用的结果。基因型相同,表现型 相同;基因型不同,表现型不同。( ) (2)基因与性状的关系是一对一的线性关系。( ) (3)生物体的一种性状有时受多个基因的影响。( ) (4)在一个细胞中所含的基因都一定表达。( ) (5)基因的选择性表达与基因表达的调控有关。( ) (6)表观遗传现象比较少见,不能普遍存在于生物体整个生命活动过 程中。(
5、) -8- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 2.下图是人体内苯丙氨酸与酪氨酸代谢的部分途径,下列相关叙述 正确的是( ) A.基因一般不会同时出现在人体内的同一个细胞中 B.苯丙酮尿症的患者一定会因为黑色素不能合成同时患上白化病 C.当人体衰老时,酶的活性降低导致头发变白 D.基因的功能说明基因通过控制酶的合成从而控制生物的 性状 -9- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 答案:C 解析:同一个体体细胞中所含基因一般相同,A项错误;苯丙酮尿症 患者可以从外界摄取酪氨酸,酪氨酸在酶的催化作用下转变成黑 色素
6、,因此苯丙酮尿症的患者不一定患白化病,B项错误;人体衰老 时,酶活性降低,酪氨酸转化成黑色素的效率低,导致老年人的头 发变白,C项正确;基因的功能说明基因通过控制酶的合成从而 控制生物的性状,基因的功能说明基因通过控制蛋白质的结构直 接控制生物的性状,D项错误。 -10- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 3.在甲基转移酶的催化下,DNA的胞嘧啶被选择性地添加甲基导致 DNA甲基化,进而使染色质高度螺旋化,因此失去转录活性。下列 相关叙述不正确的是( ) A.DNA甲基化,会导致基因碱基序列的改变 B.DNA甲基化,会导致mRNA合成受阻 C.DNA
7、甲基化,可能会影响生物的性状 D.DNA甲基化,可能会影响细胞分化 -11- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 答案:A 解析:由题干信息可知,DNA甲基化是指DNA的胞嘧啶被选择性地 添加甲基,这不会导致基因碱基序列的改变,A项错误;DNA甲基化, 会使染色质高度螺旋化,因此失去转录活性,导致mRNA合成受阻,B 项正确;DNA甲基化会导致mRNA合成受阻,进而导致蛋白质合成 受阻,这样可能会影响生物的性状,C项正确;细胞分化是基因选择 性表达的结果,而DNA甲基化会导致mRNA合成受阻,即会影响基 因表达,因此DNA甲基化可能会影响细胞分化,D项
8、正确。 -12- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 基因对性状的控制基因对性状的控制 情境导引 豌豆的粒型有圆粒和皱粒,下图甲是皱粒豌豆的形成机理;囊性纤 维化是北美白种人中常见的一种遗传病,下图乙是该病的致病机理。 -13- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 -14- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 结合上图讨论并解决下列问题。 1.豌豆出现皱粒的直接原因是什么?由此说明
9、基因通过什么途径控 制生物体的性状? 提示:豌豆出现皱粒的直接原因是淀粉分支酶异常,活性降低,导致 淀粉含量低,淀粉在细胞内具有保水作用,当豌豆成熟后,淀粉含量 低的豌豆由于失水而皱缩。外来DNA序列插入编码淀粉分支酶的 基因,导致该基因控制合成的淀粉分支酶异常,活性降低,进而使淀 粉含量降低。由此说明,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。 -15- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 2.囊性纤维化患者的肺功能严重受损,其患病的直接原因和根本原 因是什么?由此说明基因通过什么途径控制生物体的性状?
10、 提示:囊性纤维化的直接原因是CFTR蛋白结构异常,根本原因是编 码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基,发生了基因突变。通过囊性纤维 化的致病机理可知,基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的 性状。 -16- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 归纳提升 基因控制性状的方式 (1)直接方式: 机理:基因蛋白质结构生物体性状。 实例:囊性纤维病的病因。 (2)间接方式: 机理:基因酶的合成细胞代谢生物体性状。 实例:白化病、豌豆皱粒的形成原因。 -17- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究
11、学习 探究点一 探究点二 探究点三 典例剖析 人类白化病和苯丙酮尿症是由于代谢异常引起的疾病,下图表示在 人体代谢中产生这两类疾病的过程。由图中不能得出的结论是 ( ) -18- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 A.基因可以通过控制蛋白质的结构来控制生物的性状 B.基因可以通过控制酶的合成来控制生物的性状 C.一个基因可以控制多种性状 D.一个性状可以由多个基因控制 答案:A 解析:苯丙酮酸、多巴胺和黑色素的异常与酶的合成有密切的关系, 而酶的合成是由基因控制的;若基因1发生变化,则多巴胺和黑色素 的合成都受影响;多巴
12、胺和黑色素的合成都受多个基因的控制。 -19- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 活学活练 (多选)下列关于基因对性状控制的叙述,错误的是( ) A.白化病患者缺乏酪氨酸酶,体现基因通过控制酶的合成间接控制 生物体性状 B.同一株水毛茛在空气和水中的叶形不同,体现性状由环境决定 C.原发性高血压与多对基因表达产物有关,体现基因与基因共同作 用控制性状 D.抗生素阻止细菌内tRNA和mRNA的结合,体现基因产物通过影 响转录而影响性状 -20- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习
13、探究点一 探究点二 探究点三 答案:BD 解析:白化病患者由于基因异常而缺乏酪氨酸酶影响了色素的合成, 进而导致性状发生改变,体现了基因通过控制酶的合成间接控制生 物体的性状,A项正确;同一株水毛茛的细胞内遗传物质相同,但是 在空气和水中的叶形不同,体现了性状由基因和环境共同决定,B项 错误;原发性高血压与多对基因表达产物有关,体现该性状与多对 基因有关,因此该性状体现了基因与基因共同作用控制性状,C项正 确;抗生素阻止细菌内tRNA和mRNA的结合,体现抗生素通过影响 翻译的过程而影响性状,D项错误。 -21- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探
14、究点一 探究点二 探究点三 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 情境导引 科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞,对这3种细胞 的DNA和mRNA进行了检测,结果如下表。 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 胰岛素 mRNA 输卵管细 胞 + + - - 红细胞 + - + - 胰岛细胞 + - - + 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。 -22- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 1.这三种细胞中的基
15、因组成是否相同?它们合成的蛋白质种类是否 相同? 提示:这三种细胞都属于鸡的体细胞,经有丝分裂而来,因此基因组 成相同,但是这三种细胞合成的蛋白质种类不同。 2.三种细胞中都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因,但 是每种细胞只检测到了其中一种基因的mRNA,由此说明什么问题? 提示:在高度分化的体细胞中,基因是选择性表达的。同一个体不 同种类的体细胞中,DNA(基因)相同,而RNA、蛋白质的种类不同。 -23- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 归纳提升 1.细胞分化是基因选择性表达的结果。 同一生物的各种体细胞具
16、有相同的遗传物质,但不同的体细胞中遗 传信息的执行情况不同,即基因的选择性表达。 -24- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 (1)从起源上看,甲、乙两种细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂增 殖而来的,根据有丝分裂的特征,染色体经复制后平均分配到两个 子细胞中,所以甲、乙中遗传信息是一样的。 (2)从发育过程上看,不同细胞中遗传信息的执行情况不同,于是就 产生了与不同细胞功能相适应的蛋白质。 2.基因的选择性表达与基因表达的调控有关。 -25- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习
17、探究点一 探究点二 探究点三 典例剖析 有人取同种生物的7种不同类型细胞(ag),检测其基因18表达情 况,结果如右图。下列有关图示的分析,正确的是( ) A.在基因18中,控制核糖体蛋白质合成的基因最有可能是基因5 B.若基因18中有一个是控制细胞呼吸酶合成的基因,则最可能是 基因7 C.功能最为近似和差异最大的细胞分别是a与f、e与g D.细胞分化使不同细胞中RNA完全不同,导致细胞的形态和功能各 不相同 -26- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 答案:C 解析:蛋白质是生命活动的承担者,合成蛋白质的场所是核糖体,
18、而 基因2在每种细胞中都表达,所以控制核糖体蛋白质合成的基因最 有可能是基因2,A项错误;细胞呼吸酶基因,在每种细胞中都表达,最 有可能是基因2,B项错误;据图分析,细胞a表达基因15,细胞f表达 基因25,表达的相同基因最多,表达的差异基因最少,则细胞a和f功 能最为近似,功能差异最大的是细胞e和g,C项正确;细胞分化是基因 选择性表达的结果,细胞分化使不同细胞中RNA不完全相同,但有 的基因在每个细胞中都表达,如呼吸酶基因等,D项错误。 -27- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 活学活练 1.取同种生物的不同类型的
19、细胞,检测其基因表达情况,结果如下图。 已知分别指代晶状体蛋白基因、胰岛素基因、呼吸酶基 因和血红蛋白基因。则图中基因1和基因4最可能分别是( ) A. B. C. D. -28- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 答案:B 解析:晶状体蛋白基因、胰岛素基因、血红蛋白基因分别在晶状体 细胞、胰岛B细胞和红细胞中表达;呼吸酶基因在所有活细胞中都 表达。 -29- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 2.人的胰岛素和胰岛素酶的主要成分都是蛋白质,但合成这
20、两种蛋 白质的细胞的功能却完全不同,其根本原因是( ) A.遗传信息不同 B.遗传信息的执行情况不同 C.组成蛋白质的氨基酸的种类、数量和排列顺序不同 D.细胞器的数量不同 答案:B 解析:题干中两种细胞均来自同一受精卵,其核遗传物质是相同的, 之所以表现出不同的功能,是因为基因的选择性表达,即遗传信息 的执行情况不同。 -30- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 表观遗传表观遗传 情境导引 结合教材P73“思考 讨论”提供的资料,讨论并解决下列问题。 1.资料1中,柳穿鱼植株A和植株B体内的Lcyc基因的碱基序列是否
21、相同?为什么植株A、B的花形态结构出现差异? 提示:柳穿鱼植株A和植株B体内的Lcyc基因的碱基序列是相同的。 植株B体内的Lcyc基因被高度甲基化,从而不能表达。 -31- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 2.植株A和植株B杂交后,F1的花为什么跟植株A相似?F2中为什么有 些植株的花与植株B相似? 提示:植株A和植株B杂交后,F1体内成对的Lcyc基因,一个来自植株 A,一个来自植株B,来自植株B的Lcyc基因被甲基化而不能表达,但 来自植株A的Lcyc基因可正常表达,因此F1的花与植株A相似。F1自 交产生F2,
22、发生性状分离现象,因而大部分与A相似,少部分与B相似。 -32- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 3.资料2中,F1小鼠基因型是Avya,小鼠毛色为什么不是黄色而是表现 出介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型? 提示:因为小鼠的Avy基因的前端有一段特殊的碱基序列,该序列有 多个可发生甲基化的位点,当该序列发生甲基化后Avy基因表达受 抑制,并且甲基化程度越高,Avy基因的表达受到的抑制越明显,小鼠 的毛色越深。 4.资料1和资料2展示的遗传现象有什么共性?你对基因和性状的关 系有什么新的认识? 提示:控制柳穿鱼花的形态
23、的基因和控制小鼠毛色的基因的碱基序 列都没有发生改变,但是某些碱基发生了甲基化,从而影响了基因 的表达。虽然基因的碱基序列没有改变,但基因的表达和表型会发 生可遗传变化。 -33- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 归纳提升 1.表观遗传与环境因素影响出现的性状差异的区别 受环境因素影响出现的性状差异是不能遗传的,而表观遗传引起的 性状差异是可遗传的。 -34- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 2.基因与性状的关系 -35- 第2节 基因表达与性
24、状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 (1)一般而言,一个基因决定一种性状。但基因与性状的关系并非简 单的一一对应关系,某种性状可能受多个基因控制,一个基因也可 能和多种性状有关。 (2)生物的性状是基因和环境共同作用的结果。 -36- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 拓展延伸(1)DNA甲基化:DNA分子中的碱基被选择性加上甲基的 现象。某个基因发生足够多的甲基化后,其转录会被阻止,从而被 关闭。甲基化被移除,基因就会被开启。 (2)组蛋白修饰:组成染色体的蛋白质分为
25、组蛋白和非组蛋白。其 中组蛋白是决定染色体螺旋程度的重要因素,组蛋白常受到多种化 学修饰,如甲基化、乙酰化等,被称为组蛋白修饰。组蛋白修饰可 影响染色体螺旋化程度,从而影响基因的表达。 -37- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 典例剖析 基因上游序列的胞嘧啶被甲基化后转变成5-甲基胞嘧啶,导致相应 的基因失活而不能转录;未被甲基化的基因仍可以控制合成相应的 蛋白质。DNA的甲基化可调控基因的表达,调控简图如下,下列分 析正确的是( ) A.甲基化直接抑制基因的翻译从而使基因无法控制合成相应的蛋 白质 B.甲基化的基因片
26、段不能解开双链并与DNA聚合酶结合 C.甲基化改变了DNA分子的化学元素组成和碱基中嘌呤的比例 D.人体肌细胞中与血红蛋白合成有关的基因可能被甲基化 -38- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 答案:D 解析:DNA的甲基化起到调控基因表达的作用,其主要的机制是影 响转录过程,但是细胞仍然可能进行增殖,DNA仍可进行复制,因此 甲基化的基因片段可解开双链并与DNA聚合酶结合进行DNA的复 制,A项和B项错误;甲基化不能改变DNA分子的化学元素组成(C、 H、O、N、P)和碱基中嘌呤的比例(仍为全部碱基的1/2),C项错误
27、; 人体肌细胞中不能合成血红蛋白,可能是肌细胞中与血红蛋白合成 有关的基因被甲基化而无法表达,D项正确。 -39- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 活学活练 1.(多选)下列关于表观遗传的说法,不正确的是( ) A.表观遗传的分子生物学基础是DNA的甲基化等 B.表观遗传现象中,生物表型发生变化是由于基因的碱基序列改变 C.表观遗传现象与外界环境无关 D.DNA甲基化的修饰可以遗传给后代,使后代出现同样的表型 -40- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探
28、究点三 答案:BC 解析:表观遗传是指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。这一现象出现的生物学基础是 DNA的甲基化、染色体上的组蛋白发生甲基化等,A项正确,B项错 误;外界环境会引起细胞中DNA甲基化水平变化,从而引起表观遗 传现象的出现,C项错误;DNA甲基化的修饰可以通过配子传递给后 代,使后代出现同样表型,D项正确。 -41- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 2.脊椎动物的一些基因活性与其周围特定胞嘧啶的甲基化有关,甲 基化使基因失活,相应的胞嘧啶非甲基化能活化基因的表达。以下
29、 推测正确的是( ) A.肝细胞和胰岛B细胞的呼吸酶基因均处于特定胞嘧啶的甲基化 状态 B.胰岛B细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于特定胞嘧啶的非 甲基化状态 C.肝细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于特定胞嘧啶的非甲基 化状态 D.肝细胞和胰岛B细胞的胰岛素基因均处于特定胞嘧啶的非甲基 化状态 -42- 第2节 基因表达与性状的关系 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 探究点三 答案:B 解析:肝细胞和胰岛B细胞的呼吸酶基因均处于活跃状态,推测两种 细胞中的该基因都处于特定胞嘧啶的非甲基化状态,A项错误;胰岛 B细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于活跃状态,推测胰岛B细 胞中的这两种基因都处于特定胞嘧啶的非甲基化状态,B项正确;肝 细胞的呼吸酶基因处于活跃状态,肝细胞中的呼吸酶基因处于特定 胞嘧啶的非甲基化状态,而肝细胞中的胰岛素基因处于休眠状态, 推测肝细胞中的胰岛素基因处于特定胞嘧啶的甲基化状态,C项错 误;由以上分析,可推测肝细胞中的胰岛素基因处于特定胞嘧啶的 甲基化状态,而胰岛B细胞的胰岛素基因处于特定胞嘧啶的非甲基 化状态,D项错误。
