4.2基因表達(dá)與性狀的關(guān)系課件高一下學(xué)期生物人教版必修2

第2節(jié)

基因表達(dá)與性狀的關(guān)系

第4章基因的表達(dá)本節(jié)聚焦基因如何控制生物的性狀？細(xì)胞分化與基因表達(dá)有什么關(guān)系？表觀遺傳是如何調(diào)控基因表達(dá)的?④怎樣理解基因與性狀關(guān)系的復(fù)雜性?課程內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)核心素養(yǎng)對接1.舉例說明基因通過控制酶的合成和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)來控制生物體的性狀。2．說明細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。3．概述生物體的表觀遺傳現(xiàn)象。1.結(jié)合實例，闡述基因控制性狀的兩種方式，掌握基因、蛋白質(zhì)與性狀之間的關(guān)系。（科學(xué)思維）2．依據(jù)結(jié)構(gòu)決定功能的觀點(diǎn)理解細(xì)胞分化的實質(zhì)和表觀遺傳現(xiàn)象。（生命觀念）

同一株水毛茛，裸露在空氣中的葉和浸在水中的葉表現(xiàn)出了兩種不同的形態(tài)。1.這兩種形態(tài)的葉，其細(xì)胞的基因組

成一樣嗎？2.兩種葉形的差異，可能是由什么因

素引起的？一樣可能是由環(huán)境因素引起的。問題探討空氣中的葉呈扁平狀浸在水中中的葉呈絲狀

思考：水毛茛葉片基因相同，卻出現(xiàn)兩種不同的形態(tài)（即兩種性狀），說明基因和性狀不一定是一一對應(yīng)的關(guān)系，這是為什么呢？一、基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系P711、基因?qū)ι镄?/p>

狀的間接控制基因通過控制______合成來控制______過程，進(jìn)而控制生物體的_____。2、基因?qū)ι镄?/p>

狀的直接控制基因還能通過控制蛋白質(zhì)的__________控制生物體的_______。酶的代謝性狀結(jié)構(gòu)直接性狀1、基因間接控制性狀的例子

①豌豆的圓粒與皺粒圓粒皺粒

結(jié)合教材第71頁圖4-9，閱讀相關(guān)內(nèi)容，請仔細(xì)分析實例，說說基因是如何控制生物性狀的？圓粒皺粒孟德爾的解釋：遺傳因子（基因）控制性狀等位基因Rr控制圓?？刂瓢櫫Ｏ鄬π誀畹矸鄯种富蜣D(zhuǎn)錄mRNA翻譯淀粉分支酶(其本質(zhì)為蛋白質(zhì))蔗糖淀粉分支酶淀粉淀粉含量高，有效保持水分，豌豆表現(xiàn)為圓粒

皺粒豌豆淀粉分支酶基因異常，導(dǎo)致淀粉分支酶不能合成，因此淀粉含量低，蔗糖含量高，而淀粉含量低的豌豆由于失水而顯得皺縮。性狀1、基因間接控制性狀的例子①豌豆的圓粒與皺粒一、基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系P71圓粒皺粒編碼淀粉分支酶的基因(R)（正常）淀粉分支酶正常合成蔗糖合成為淀粉，淀粉含量升高淀粉含量高，豌豆吸水而飽滿，為圓粒插入打亂了編碼淀粉分支酶的基因(r)淀粉分支酶異常，活性大大降低蔗糖不能合成為淀粉，淀粉含量降低淀粉含量降低，豌豆失水而皺縮1、基因間接控制性狀的例子①豌豆的圓粒與皺粒1、基因間接控制性狀的例子②人的白化病酪氨酸酶基因轉(zhuǎn)錄mRNA翻譯酪氨酸酶酪氨酸酪氨酸酶黑色素

白化病患者由于酪氨酸酶基因異常，不能合成酪氨酸酶，導(dǎo)致黑色素不能合成，而表現(xiàn)出白化癥狀。正常人：酪氨酸酶基因正常

酪氨酸酶酪氨酸黑色素正常酪氨酸酶基因異常

無酪氨酸酶酪氨酸無黑色素1、基因間接控制性狀的例子②人的白化病白化病人體衰老時，頭發(fā)也會變白，原理與白化病人白頭發(fā)一樣嗎？原理不同。衰老時頭發(fā)之所以白是因為控制黑色素形成的酪氨酸酶活性降低，黑素色合成減少。酪氨酸酶基因異常酪氨酸酶不能正常合成酪氨酸不能正常轉(zhuǎn)化為黑色素缺乏黑色素表現(xiàn)為白化病控制酶的合成代謝過程控制控制基因生物性狀打亂了編碼淀粉分支酶的基因淀粉分支酶合成異常，活性大大降低蔗糖不能合成為淀粉，淀粉含量降低淀粉含量降低，豌豆失水而皺縮代謝過程代謝過程生物性狀生物性狀1、基因?qū)π誀畹拈g接控制：基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進(jìn)而控制生物體的性狀豌豆的皺粒

白化病2、基因直接控制性狀的例子：③70%的囊性纖維化CFTR蛋白基因轉(zhuǎn)錄mRNA翻譯CFTR蛋白囊性纖維化患者支氣管內(nèi)黏液增多，管腔受阻，黏液清除困難，細(xì)菌繁殖，肺部感染CFTR基因缺失3個堿基CFTR蛋白缺少苯丙氨酸，結(jié)構(gòu)異常，導(dǎo)致CFTR運(yùn)輸氯離子的功能異常性狀改變基因改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致功能改變

基因?qū)π誀畹闹苯咏涌刂疲夯蜻€能通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的的性狀。控制蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)控制

基因生物性狀基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進(jìn)而控制生物體的性狀基因還能通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀間接控制直接控制豌豆圓粒與皺粒人的白化病70%的囊性纖維化一、基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物基因酶的合成生物性狀蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

代謝過程生物性狀間接控制直接控制二、基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化

P72

同一生物體中不同類型的細(xì)胞，基因都是相同的，而形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能卻各不相同，這是為什么呢?二、基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化P72思考·討論檢測的3種細(xì)胞是否含有三種基因卵清蛋白mRNA珠蛋白mRNA胰島素mRNA輸卵管細(xì)胞++++--紅細(xì)胞+++-+-胰島細(xì)胞+++--+分析不同類型細(xì)胞中DNA和mRNA的檢測結(jié)果1.這3種細(xì)胞中合成的蛋白質(zhì)種類有什么差別？

3種細(xì)胞中合成的蛋白質(zhì)種類不完全相同，雖然有些蛋白質(zhì)在所有的細(xì)胞中都合成，但有一些特定功能的蛋白質(zhì)只在特定的細(xì)胞中合成。2.3種細(xì)胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰島素基因，但只檢測到其中一種基因的mRNA，這一事實說明了什么？細(xì)胞中并不是所有的基因都表達(dá)，基因的表達(dá)存在選擇性。二、基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化P721.表達(dá)的基因分類:①管家基因

在所有細(xì)胞中都表達(dá)的基因，指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)是維持細(xì)胞基本生命活動所必需的。②奢侈基因

只在某類細(xì)胞中特異性表達(dá)的基因。

(如核糖體蛋白基因、ATP合成酶基因、呼吸酶基因)（如卵清蛋白基因、胰島素基因、血紅蛋白基因。）2.細(xì)胞分化的本質(zhì)——基因的選擇性表達(dá)。細(xì)胞分化的“不變”與“變”DNA、tRNA、rRNA

①不變細(xì)胞的數(shù)目②變mRNA、蛋白質(zhì)的種類細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能三、表觀遺傳P72

基因的選擇性表達(dá)與基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)。調(diào)控基因是否表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)多少性狀直接影響基因什么時候表達(dá)在哪種細(xì)胞中表達(dá)表達(dá)水平的高低植株A植株B資料1：柳穿魚花的遺傳三、表觀遺傳A、B兩種植株，體內(nèi)的Lcyc基因的序列相同Lcyc基因正常植株ALcyc基因高度

甲基化植株B開花時不表達(dá)甲基化基因的表達(dá)受抑制開花時表達(dá)5'5'3'3'基因正常表達(dá)CGGCCH3CH33'3'5'5'CCGG植株A×F1F2少部分與植株B相似F1植株的花與植株A相似絕大部分與植株A相似P?問題：F1的花為什么與植株A相似？F2的花為什么少部分與植株B相似？Lcyc基因Lcyc基因Lcyc基因Lcyc基因Lcyc基因Lcyc基因F1植株同時含有來自植株A和植株B的Lcyc基因，即Lcyc基因1個正常，1個高度甲基化植株A的Lcyc基因能夠表達(dá)，表現(xiàn)為顯性；植株B的Lcyc基因由于部分堿基被甲基化,基因表達(dá)受到抑制，表現(xiàn)為隱性；Lcyc基因Lcyc基因由于該基因的部分堿基被甲基化，表達(dá)均受到抑制顯性純合子（未甲基化）隱性純合子（甲基化）Lcyc基因中發(fā)生甲基化修飾，抑制了基因的表達(dá)，進(jìn)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。植株B甲基化黑色體毛黃色體毛Avya介于黃色和黑色之間的一系列過渡類型資料2：小鼠毛色的遺傳AvyAvyaa×

研究表明，在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(dá)水平，這段堿基序列具有多個可____________________的位點(diǎn)，當(dāng)這些位點(diǎn)______________時，Avy基因___________，小鼠表現(xiàn)為黃色；當(dāng)這些位點(diǎn)__________后，Avy基因的表達(dá)就______________；

這段序列的甲基化程度越高，Avy基因的表達(dá)受到的抑制越_____，小鼠體毛的顏色就越_____；發(fā)生DNA甲基化修飾沒有甲基化正常表達(dá)甲基化受到抑制明顯深1.上述資料中，柳穿魚和小鼠性狀改變的原因是什么？

柳穿魚花形態(tài)改變，是因為基因的部分堿基被高度甲基化。小鼠毛色改變，是因為基因的前端有一段影響基因表達(dá)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(dǎo)致相關(guān)基因的表達(dá)受到抑制，進(jìn)而影響性狀。3.資料1、2展示的遺傳現(xiàn)象有什么共同點(diǎn)？這對你認(rèn)識基因和性狀的關(guān)系有什么啟示？

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(dá)，進(jìn)而對表型產(chǎn)生影響。這種DNA甲基化修飾可以可以遺傳給后代，使后代出現(xiàn)同樣的表型。

共同點(diǎn)：基因的堿基序列保持不變，性狀發(fā)生改變。這表明基因與性狀的關(guān)系并不是簡單的一一對應(yīng)的關(guān)系，基因的表達(dá)受到很多因素的影響，體現(xiàn)了基因與性狀之間關(guān)系的復(fù)雜性。三、表觀遺傳P741、表觀遺傳的概念:

生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達(dá)和表型發(fā)生可遺傳變化的現(xiàn)象，叫作表觀遺傳。2、表觀遺傳形成的原因(書本相關(guān)信息):①DNA的甲基化(抑制表達(dá))②構(gòu)成染色體的組蛋白發(fā)生甲基化、乙?；?抑制表達(dá))組蛋白甲基化組蛋白甲基化示意圖DNA甲基化示意圖三、表觀遺傳P743、表觀遺傳發(fā)生時期：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。4、實例:⑴柳穿魚花形遺傳⑵某種小鼠毛色遺傳⑶同卵雙生雙胞胎⑷蜂王和工蜂的差異基因組成相同的同卵雙胞胎所具有的微小差異就與甲基化有關(guān)蜂王雄蜂工蜂♀2n=32♂n=16♀2n=32

有研究表明：吸煙會使人的體細(xì)胞內(nèi)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，還有研究發(fā)現(xiàn)，吸煙可使男性精子活力下降，精子中DNA的甲基化水平明顯升高。

但是若這些不良習(xí)慣被消除，這些表觀遺傳的改變又會逐漸減弱甚至消失；5、表觀遺傳的特點(diǎn)：(1)不變性：基因堿基序列不變(2)可遺傳(3)普遍性(4)受環(huán)境影響與社會的聯(lián)系環(huán)境DNA甲基化誘發(fā)三、表觀遺傳P74(5)可逆性：DNA發(fā)生甲基化

修飾后

也可以再發(fā)生去甲基化四、基因與性狀之間的關(guān)系P741.基因決定生物性狀①一個基因一種性狀控制②一個基因多種性狀控制③多個基因一種性狀控制例如：

水稻中的Ghd7基因編碼的蛋白質(zhì)不僅參與了開花的調(diào)控，而且對水稻的生長、發(fā)育和產(chǎn)量都有重要作用。例如：

人的身高是由多個基因決定的，其中每個基因?qū)ι砀叨加幸欢ǖ淖饔??；蚺c性狀并不是簡單的一一對應(yīng)的關(guān)系

如后天的營養(yǎng)和體育鍛煉等對人的身高也有重要作用。南橘（上）北枳（下）水毛茛

性狀=基因

+外界環(huán)境

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(fù)雜的相互作用，這種相互作用形成了一個錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，精細(xì)地調(diào)控著生物體的性狀。2.生物性狀還會受到環(huán)境等條件的影響思維訓(xùn)練請針對出現(xiàn)殘翅果蠅的原因提出假說，進(jìn)行解釋正常培養(yǎng)溫度25℃下剛孵化的殘翅果蠅幼蟲31℃培養(yǎng)翅長接近正常的果蠅25℃下培養(yǎng)它們產(chǎn)生的后代殘翅果蠅

果蠅翅的發(fā)育需要經(jīng)過酶催化的反應(yīng)，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。提出假說：（1）翅的發(fā)育需要經(jīng)過酶催化的反應(yīng)（2）酶是在基因指導(dǎo)下合成的（3）酶的活性受溫度、pH等條件影響。一般來說，性狀是基因和環(huán)境共同作用的結(jié)果這是表觀遺傳嗎？不是，因為此現(xiàn)象不能遺傳，所以并非表觀遺傳。基因的表達(dá)指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成主要表現(xiàn)為細(xì)胞分化選擇性表達(dá)環(huán)境

影響DNAmRNA蛋白質(zhì)

性狀轉(zhuǎn)錄翻譯體現(xiàn)性狀控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)酶的合成代謝控制間接直接控制表觀遺傳調(diào)控影

響課堂小結(jié)

基因與基因、基因與基因表達(dá)產(chǎn)物、基因與環(huán)境之間存在著復(fù)雜的相互作用，這種相互作用形成了一個錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，精細(xì)地調(diào)控著生物體的性狀。例1牽?；ǖ念伾饕怯苫ㄇ嗨貨Q定的，下圖為花青素的合成與顏色變化途徑示意圖。從圖中不能得出的結(jié)論是()新課程P107素養(yǎng)案