【生物】基因表達與性狀的關系第2課時課件-2023-2024學年高一下學期生物人教版（2019）必修二

第2節(jié)基因表達與性狀的關系情境導入基因什么時候表達在哪種細胞中表達表達水平的高低都是受到調控的基因表達的調控會直接影響生物性狀基因是如何控制性狀的？基因通過指導蛋白質的合成來控制生物性狀轉錄DNARNA翻譯蛋白質基因的表達兩株柳穿魚體內Lcyc基因的序列相同思考討論柳穿魚花的形態(tài)結構和小鼠毛色的遺傳柳穿魚花的形態(tài)結構與Lcyc基因的表達直接相關資料1

柳穿魚是一種園林花卉。下圖所示的兩株柳穿魚，除了花的形態(tài)結構不同，其他方面基本相同。植株A植株BLcyc基因在開花時表達Lcyc基因不表達Lcyc基因被高度甲基化(Lcyc基因有多個堿基連接甲基基團)Lcyc基因正常植株A植株B×P思考討論柳穿魚花的形態(tài)結構和小鼠毛色的遺傳資料1

科學家將這兩個植株作為親本進行雜交，F(xiàn)1的花與植株A的相似，F(xiàn)1自交的F2中絕大部分植株的花與植株A的相似，少部分植株的花與植株B的相似。F1F2F1的花為什么與植株A的相似？F1植株同時含有來自植株A和植株B的Lcyc基因。植株A的Lcyc基因能夠表達，表現(xiàn)為顯性；植株B的Lcyc基因由于被高度甲基化，基因表達受到抑制，表現(xiàn)為隱性。因此，同時含有這兩個基因的F1中，F(xiàn)1的花與植株A的相似思考討論柳穿魚花的形態(tài)結構和小鼠毛色的遺傳資料1

科學家將這兩個植株作為親本進行雜交，F(xiàn)1的花與植株A的相似，F(xiàn)1自交的F2中絕大部分植株的花與植株A的相似，少部分植株的花與植株B的相似。在F2中，為什么有些植株的花與植株B的相似？F1自交后，F(xiàn)2中有少部分植株含有兩個來自植株B的Lcyc基因，由于該基因被高度甲基化，基因表達受到抑制，因此，這部分植株的花與植株B相似植株A植株B×F1F2P思考討論柳穿魚花的形態(tài)結構和小鼠毛色的遺傳資料1

科學家將這兩個植株作為親本進行雜交，F(xiàn)1的花與植株A的相似，F(xiàn)1自交的F2中絕大部分植株的花與植株A的相似，少部分植株的花與植株B的相似。植株A植株B×F1F2PLcyc基因的高度甲基化修飾能夠遺傳嗎？判斷的理由是什么？能；因為F2中一部分植株的花與植株B相似，說明Lcyc基因的高度甲基化修飾能夠遺傳思考討論柳穿魚花的形態(tài)結構和小鼠毛色的遺傳資料2

某種實驗小鼠的毛色受一對等位基因Avy和a的控制，Avy為顯性基因，表現(xiàn)為黃色體毛，a為隱性基因，表現(xiàn)為黑色體毛。F1F1小鼠的基因型都是Avya，小鼠毛色為什么不是黃色而是表現(xiàn)出介于黃色和黑色之間的一系列過渡類型？因為小鼠的Avy基因的前端(或稱“上游”)有一段特殊的堿基序列決定著該基因的表達水平，這段堿基序列具有多個可發(fā)有多個可發(fā)生DNA甲基化修飾的位點，當這些位點甲基化后，Avy基因的表達就受到抑制，并且甲基化程度越高，受到的抑制越明顯，小鼠體毛的顏色就越深表現(xiàn)出不同毛色的Avya小鼠PAvyAvy(黃色)×aa(黑色)

Avya思考討論柳穿魚花的形態(tài)結構和小鼠毛色的遺傳資料2

某種實驗小鼠的毛色受一對等位基因Avy和a的控制，Avy為顯性基因，表現(xiàn)為黃色體毛，a為隱性基因，表現(xiàn)為黑色體毛。F1表現(xiàn)出不同毛色的Avya小鼠PAvyAvy(黃色)×aa(黑色)

AvyaAvy基因沒有甲基化正常表達黃色甲基化表達受到抑制顏色變深Avy基因CH3甲基化程度越高表達受到抑制越明顯Avy基因CH3CH3CH3顏色越深思考討論柳穿魚花的形態(tài)結構和小鼠毛色的遺傳

上述資料中，柳穿魚花和小鼠性狀改變的原因是什么?兩個例子展示的遺傳現(xiàn)象都表現(xiàn)為基因的堿基序列保持不變，但部分堿基發(fā)生了甲基化修飾，抑制了基因的表達，進而對表型產(chǎn)生影響。這種DNA甲基化修飾可以遺傳給后代使后代出現(xiàn)同樣的表型。柳穿魚花的形態(tài)改變是因為Lcyc基因的部分堿基被高度甲基化，小鼠毛色的改變是因為Avy基因的前端有一段影響Avy基因表達的特殊的堿基序列被甲基化。發(fā)生在基因或基因前端的甲基化修飾均導致相關基因的表達受到抑制，進而影響性狀。

上述兩個例子展示的遺傳現(xiàn)象有什么共同點?這對你認識基因和性狀的關系有什么啟示?表觀遺傳▲定義：生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達和表型發(fā)生可遺傳變化的現(xiàn)象，叫作表觀遺傳。▲特點：①可遺傳：基因表達和表型可以遺傳給后代。②不變性：基因的堿基序列保持不變。③可逆性：DNA的甲基化修飾可以發(fā)生可逆性變化，即被修飾的DNA可能發(fā)生去甲基化。④普遍性：表觀遺傳現(xiàn)象普遍存在于生物體的生長、發(fā)育和衰老的整個生命活動過程中。表觀遺傳▲三種常見的調控機制：①DNA甲基化修飾：主要抑制轉錄。②非編碼RNA干擾(例如miRNA)：主要抑制翻譯。③構成染色體的組蛋白發(fā)生甲基化、乙?；刃揎椧矔绊懟虻谋磉_。既可能增強，也可能抑制基因表達。知識拓展轉錄DNARNA翻譯蛋白質基因的表達表觀遺傳▲實例1：蜂王和工蜂是由同一批受精卵發(fā)育而來，蜂王和工蜂的DNA序列沒有發(fā)生改變，但由于飲食的影響導致兩者DNA甲基化程度不同：蜂王的DNA甲基化程度低于工蜂的DNA甲基化?！鴮嵗?：同卵雙胞胎的微小差異?！鴮嵗?：有研究表明，吸煙會使人的體細胞內DNA的甲基化水平升高，對染色體上的組蛋白也會產(chǎn)生影響。不僅如此，還有研究發(fā)現(xiàn)，男性吸煙者的精子活力下降，精子中DNA的甲基化水平明顯升高。表觀遺傳你對生命的態(tài)度，正在重塑你的DNA為了你自己和子孫后代，請不要胡亂過日子有科學家研究表明，如果父親在11歲之前（即進入青春期之前）就開始吸煙，那他們的兒子在9歲時就會超重。這些事實說明，在父親產(chǎn)生精子之前，他的生活經(jīng)歷就會在他的遺傳物質上打下印跡。這些印跡可以經(jīng)由生殖過程傳給它們的兒子，甚至孫子。如果爺爺輩在9到12歲時有大吃大喝的經(jīng)歷，那他們的孫子的壽命就比較短，得糖尿病的幾率會增加。而在青春期前挨餓的男性，其孫子就較少得心血管病。同樣，在青春期前曾大吃大喝的祖母，她們的孫女的壽命也會明顯縮短。這說明爺爺奶奶輩的生活狀態(tài)對身體的影響可以遺傳給它們的孫子，而且爺爺奶奶輩在進入青春期之前的那段時間對于這種能遺傳的印跡最為重要。與生活聯(lián)系1.吸煙會導致精子中DNA的甲基化水平升高，從而影響基因的表達()2.柳穿魚Lcyc基因的部分堿基發(fā)生甲基化修飾，抑制了基因的表達()3.DNA的甲基化僅通過影響翻譯過程進而影響表型()4.表觀遺傳引起了表型的變化，又是可以遺傳的，所以屬于可遺傳變異()×正誤判斷√√√典例分析[典例1]柳穿魚植株A和植株B花的形態(tài)結構不同，其他方面基本相同。下列敘述錯誤的是()A.兩株柳穿魚體內的Lcyc基因的序列相同B.柳穿魚的葉肉細胞內不存在Lcyc基因C.植株B的Lcyc基因不表達的原因是它被高度甲基化了D.兩植株雜交，F(xiàn)2中有少部分的花與植株B相似B柳穿魚的所有體細胞是由一個受精卵通過有絲分裂產(chǎn)生的，因此理論上均含有Lcyc基因。解析：基因與性狀的關系基因的堿基序列不變性狀基因蛋白質表達控制表達與否表達水平的高低調控選擇性表達細胞分化表觀遺傳可遺傳的性狀改變構建概念基因與性狀的關系例：水稻中的Ghd7基因編碼的蛋白質不僅參與了開花的調控，而且對水稻的生長、發(fā)育和產(chǎn)量都有重要作用。例：人的身高是由多個基因決定的，其中每個基因對身高都有一定的作用。在大多數(shù)情況下，基因與性狀的關系并不是簡單的一一對應的關系◆一個性狀可以受到多個基因的影響◆一個基因也可以影響多個性狀基因與性狀的關系生物體的性狀也不完全是由基因決定的，環(huán)境對性狀也有著重要影響例：“問題探討”中水毛茛兩種類型葉的形成也與環(huán)境因素相關水毛茛兩種類型葉例：后天的營養(yǎng)和體育鍛煉等對人的身高也有重要作用基因與性狀的關系的對應關系1.多因一效：2.一因多效：3.一因一效：一個性狀可以受到多個基因的影響一個基因可以影響多個性狀多因一效一因多效一因一效同時，生物體的性狀也不完全是由基因決定的，環(huán)境對性狀也有著重要的影響：

表現(xiàn)型=基因型+環(huán)境實例：人的身高實例：水稻Ghd7基因編碼的蛋白質可以參與開花的調控，也可以對生長發(fā)育和產(chǎn)量有重要作用；一對基因控制一種性狀基因與性狀不是簡單的一一對應關系。提出假說思維訓練剛孵化的殘翅果蠅幼蟲31℃下培養(yǎng)得到了一些翅長接近正常的果蠅成蟲殘翅果蠅25℃下培養(yǎng)它們產(chǎn)生的后代請針對高溫培養(yǎng)殘翅果蠅幼蟲得到翅長接近正常的果蠅成蟲的原因提出假說，進行解釋。(提示:翅的發(fā)育是否經(jīng)過酶催化的反應?酶與基因的關系是怎樣的?酶與溫度的關系是怎樣的?)果蠅翅的發(fā)育需要經(jīng)過酶催化的反應，而酶是在基因控制下合成的，酶的活性受溫度、pH等條件的影響。這是表觀遺傳嗎？5.基因的選擇性表達與基因表達的調控有關()6.基因與性狀的關系是一一對應的關系()7.生物體的一種性狀有時受多個基因的影響()×正誤判斷√√基因的表達與性狀的關系思維拓展在一個蜂群中，少數(shù)幼蟲一直取食蜂王漿而發(fā)育成蜂王，而大多數(shù)幼蟲以花粉和花蜜為食將發(fā)育成工蜂。Dnmt3蛋白是Dnmt3基因表達的一種DNA甲基化轉移酶，能使DNA某些區(qū)域添加甲基基團(如圖所示)，DNA被甲基化后會干擾RNA聚合酶的識別。敲除Dnmt3基因后，蜜蜂幼蟲將發(fā)育成蜂王，這與取食蜂王漿有相同的效果。據(jù)上述研究解釋蜜蜂幼蟲因食物不同而發(fā)育不同的原因是什么？蜜蜂的幼蟲以花粉和花蜜為食，Dnmt3基因表達一種DNA甲基化轉移酶，造成一些基因被甲基化而不能表達，發(fā)育成工蜂；蜜蜂的幼蟲以蜂王漿為食，Dnmt3基因不表達，一些基因正常表達而發(fā)育成蜂王。1.

某種貓的雄性個體有兩種毛色：黃色和黑色；而雌性個體有三種毛色：黃色、黑色、黑黃相間。分析這種貓的基因，發(fā)現(xiàn)控制毛色的基因是位于X染色體上的一對等位基因：X0（黃色）和XB（黑色），雄貓只有一條X染色體，因此，毛色不是黃色就是黑色。而雌貓卻出現(xiàn)了黑黃相間的類型，這是為什么呢？是不是雌貓的有些細胞內X0表達，而另一些細胞內XB表達呢？請查找資料，尋找答案?！咎崾尽抠Y料顯示：哺乳動物雌雄個體的體細胞中雖然X染色體數(shù)量不同，但X染色體上的基因所表達的蛋白質的量是平衡的，這個過程稱為劑量補償。雌貓比雄貓多出1條X染色體，由于劑量補償效應，在胚胎初期，細胞中的1條X染色體就會隨機發(fā)生固縮失活，形成巴氏小體，而且發(fā)生染色體失活的細胞通過有絲分裂產(chǎn)生的子細胞也保留相同的染色體失活狀態(tài)。對于基因型為XBX0的雌貓，如果體細胞中攜帶黑毛基因B的X染色體失活，XB就不能表達，而另一條X染色體上的X表達，那么由該細胞增殖而來的皮膚上會長出黃色體毛；同理，如果體細胞中攜帶黃毛基因O的X染色體失活，則X0不表達，XB表達，由該細胞增殖而來的皮膚上就會長出黑色體毛。因此，基因型為XBX0的雌貓會呈現(xiàn)黑黃相間的毛色。思維拓展學習小結基因表達與性狀的關系表觀遺傳實例概念實質并非一一對應環(huán)境影響性狀基因與性狀的關系

基因與基因、基因與基因產(chǎn)物、基因與環(huán)境之間存在著復雜的相互作用，這種相互作用形成了一個錯綜復雜而又繁而有序的網(wǎng)絡，精細地調控著生物體的性狀。經(jīng)典遺傳、表觀遺傳、環(huán)境等對表型的影響DNAmRNA蛋白質性狀轉錄翻譯體現(xiàn)經(jīng)典遺傳表觀遺傳調控環(huán)境影響影響2.表觀遺傳：堿基序列不變，引起的性狀變化可遺傳3.僅由環(huán)境變化引起的性狀變化，且不是表觀遺傳，不可遺傳1.經(jīng)典遺傳：堿基序列改變，引起的性狀變化可遺傳1.下列哪項不屬于表觀遺傳的特點()

A．對表型的影響可遺傳給后代

B．DNA分子堿基可能連接多個甲基基團

C．甲基化導致DNA堿基序列發(fā)生改變

D．可由組蛋白的某些修飾導致習題鞏固表觀遺傳對表型的影響，可以遺傳給后代，使后代出現(xiàn)同樣的表型，A不符合題意；一段堿基序列中可能存在多個可發(fā)生DNA甲基化修飾的位點，所以DNA分子堿基可能連接多個甲基基團，B不符合題意；甲基化不會導致DNA堿基序列發(fā)生改變，但會抑制相關基因表達，進而對表型產(chǎn)生影響，C符合題意；除了DNA甲基化，構成染色體的組蛋白發(fā)生甲基化、乙酰化等修飾也會影響基因的表達，D不符合題意。解析：C跟蹤訓練2.黃色小鼠(AA)與黑色小鼠(aa)雜交，產(chǎn)生的F1(Aa)不同個體出現(xiàn)了不同體色。研究表明，不同體色的小鼠A基因的堿基序列相同，但A基因中二核苷酸(CpG)的胞嘧啶有不同程度的甲基化(如圖所示)，已知甲基化不影響DNA復制。下列有關分析錯誤的是A.F1體色的差異可能與A基因甲基化程度有關B.堿基甲基化可能影響RNA聚合酶與該基因的結合C.堿基甲基化不影響遺傳信息的傳遞D.A基因中的堿基甲基化引起了基因中堿基序列的改變√3.下列關于基因、蛋白質和性狀三者間關系的敘述，錯誤的是()

A.基因與性狀之間并不都是一一對應的關系

B.基因可以直接體現(xiàn)生物體的性狀

C.蛋白質的功能可以影響生物體的性狀

D.生物體的性狀受基因和環(huán)境的共同影響習題鞏固基因與性狀之間并不是簡單的一一對應的關系，A正確；基因通過控制蛋白質的合成來控制生物體的性狀，基因不能直接體現(xiàn)生物體的性狀，B錯誤；蛋白質是生命活動的主要承擔者，因此蛋白質的功能可以影響生物體的性狀，C正確；生物體的性狀受基因和環(huán)境的共同影響，D正確。解析：B4.我國科學家發(fā)現(xiàn)在體外實驗條件下，某兩種蛋白質可以形成含鐵的桿狀多聚體，這種多聚體能識別外界磁場并自動順應磁場方向排列。編碼這兩種蛋白質的基因，在家鴿的視網(wǎng)膜中共同表達。請回答下列問題。（1）家鴿視網(wǎng)膜細胞表達這兩種蛋白質的基本過程是

。（2）家鴿的所有細胞是否都含有這兩個基因并進行表達（答“是”或“否”）

，判斷的理由是

。

在視網(wǎng)膜細胞的細胞核中，編碼這兩種蛋白質的基因分別轉錄出相應的mRNA，mRNA通過核孔進入細胞質，在核糖體上翻譯出蛋白質。

否。家鴿的所有細胞均由受精卵發(fā)育而來，因此所有的細胞都含有這兩個基因，但這兩個基因只在部分細胞（如視網(wǎng)膜細胞）中特異性表達，不會在所有細胞中都表達。（3）如果這兩個基因失去功能，家鴿的行為可能發(fā)生的變化是

。要驗證你的推測，請設計實驗來驗證，寫出你的實驗思路：

。

無法合成有功能的含鐵的桿狀蛋白質多聚體，可能導致家鴿無法“導航”，失去方向感。以A、B分別代表編碼這兩種蛋白質的基因。先設