第4章-基因的表達-第2節(jié)-基因表達與性狀的關(guān)系

第2節(jié)基因表達與性狀的關(guān)系預(yù)習(xí)梳理

預(yù)習(xí)檢測任務(wù)活動任務(wù)一基因控制性狀的方式任務(wù)二基因的選擇性表達與細胞分化任務(wù)三基因與性狀的關(guān)系備用習(xí)題學(xué)習(xí)目標素養(yǎng)目標

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)控制生物體的性狀。

2.說明細胞分化是基因選擇性表達的結(jié)果。

3.概述生物體的表觀遺傳現(xiàn)象。

1.基于對基因控制生物體的性狀的理解,建立生命的信息觀,形成生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體的生命觀念。

2.基于基因的選擇性表達、表觀遺傳等內(nèi)容的理解,認同生物學(xué)中因果關(guān)系的復(fù)雜性,同時提升多角度、多因素分析復(fù)雜事件的方法和能力。

一、基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系預(yù)習(xí)梳理酶的合成代謝過程蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)1.基因通過控制

來控制

,進而控制生物體的性狀。如:圓粒豌豆、皺粒豌豆;白化病等。

2.基因通過控制

直接控制生物體的性狀。如囊性纖維化。

二、基因的選擇性表達與細胞分化預(yù)習(xí)梳理1.細胞中表達的基因類型(1)在

都表達的基因,指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)是維持

所必需的。如:核糖體蛋白基因、ATP合成酶基因。

(2)只在某類細胞中

的基因。如:胰島素基因。

2.細胞分化的本質(zhì):

。

所有細胞中細胞基本生命活動基因的選擇性表達特異性表達三、表觀遺傳預(yù)習(xí)梳理1.概念:生物體基因的堿基序列

,但基因表達和表型發(fā)生可遺傳變化的現(xiàn)象。

2.發(fā)生時間:表觀遺傳現(xiàn)象普遍存在于生物體的生長、

和衰老的整個生命活動過程中。

3.類型:

甲基化;構(gòu)成染色體的組蛋白發(fā)生甲基化、乙酰化等修飾。

保持不變發(fā)育DNA四、基因與性狀的關(guān)系預(yù)習(xí)梳理1.在大多數(shù)情況下,基因與性狀的關(guān)系并不是簡單的一一對應(yīng)的關(guān)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。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影響。2.

基因與基因、基因與基因表達產(chǎn)物、

之間借助復(fù)雜的相互作用,形成一個錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò),精細地調(diào)控著生物體的性狀。

基因與環(huán)境預(yù)習(xí)檢測(1)基因可通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀,如人類白化病。(

)(2)一種基因只能控制一種性狀,但一種性狀可由多對基因控制。

(

)(3)人的血紅蛋白與馬的血紅蛋白有差異,體現(xiàn)了基因的選擇性表達。 (

)××[解析]

人類的白化病是由編碼酪氨酸酶的基因異常而引起的,屬于基因通過控制酶的合成間接控制生物性狀的實例。[解析]

一種基因也可以控制多個性狀。[解析]

人的血紅蛋白與馬的血紅蛋白有差異,是因為基因不同?！令A(yù)習(xí)檢測(4)吸煙會導(dǎo)致精子中DNA的甲基化水平升高,從而影響基因表達。 (

)(5)柳穿魚植株A和B花的形態(tài)結(jié)構(gòu)不同的根本原因是它們具有的遺傳物質(zhì)不同。

(

)[解析]

柳穿魚植株A和B花性狀不同與Lcyc基因甲基化導(dǎo)致表達情況不同有關(guān)?！獭寥蝿?wù)活動任務(wù)一基因控制性狀的方式【資料】下面分別是皺粒豌豆形成機制、人的白化癥狀、囊性纖維化發(fā)生機制的示意圖。1.皺粒豌豆的形成機制示意圖淀粉分支淀粉保留水分高異常降低低失水任務(wù)活動2.人的白化癥狀發(fā)生機制示意圖任務(wù)活動3.囊性纖維化發(fā)生機制示意圖任務(wù)活動[分析](1)資料1、2說明,

。

(2)資料3說明,

。

基因通過控制酶的合成來控制代謝過程,進而控制生物體的性狀基因通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀任務(wù)活動基因、蛋白質(zhì)與性狀的關(guān)系任務(wù)活動例1囊性纖維化是一種單基因遺傳病,患者的CFTR蛋白(細胞膜上的氯離子載體蛋白,由CFTR基因控制合成)功能異常。下列關(guān)于囊性纖維化的敘述,錯誤的是(

)A.該疾病在遺傳過程中遵循孟德爾的分離定律B.該疾病表明基因可通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)來直接控制生物性狀C.該疾病患者體內(nèi)有結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的CFTR基因D.CFTR基因表達的產(chǎn)物無須加工即可具有相應(yīng)功能D任務(wù)活動[解析]囊性纖維化是一種單基因遺傳病,即由一對等位基因控制的遺傳病,所以該病的遺傳遵循的是分離定律,

A正確;題述實例表明基因可通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物性狀,B正確;囊性纖維化患者有致病基因,該致病基因就是結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的CFTR基因,C正確;CFTR基因表達的產(chǎn)物是位于細胞膜上的蛋白質(zhì),所以需要內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的加工,D錯誤。任務(wù)活動例2[2023·江蘇連云港月考]普通玉米淀粉含量較高而蔗糖含量較低,導(dǎo)致種子不甜。該性狀是由一個淀粉分支酶基因R控制。R基因中插入幾個堿基后形成了r基因,導(dǎo)致表達的淀粉分支酶活性喪失,使得玉米種子中蔗糖不能變成淀粉,使甜度增加。R對r是顯性。下列有關(guān)分析正確的是 (

)A.r基因控制形成的淀粉分支酶的氨基酸數(shù)量一定比R基因控制形成的淀粉分支酶的氨基酸數(shù)量多B.以上事實說明,基因?qū)π誀畹目刂七€受環(huán)境影響C.以上事實說明,基因可通過控制酶的合成控制代謝,進而控制性狀D.將純合甜玉米與純合非甜玉米間隔種植,植株上都是非甜玉米C任務(wù)活動[解析]R基因中插入幾個堿基后形成了r基因,可見r基因中堿基的數(shù)量多于R基因,但r基因控制形成的淀粉分支酶的氨基酸數(shù)量不一定比R基因控制形成的淀粉分支酶的氨基酸數(shù)量多,因為堿基數(shù)量的增加可能導(dǎo)致終止密碼子提前出現(xiàn),A錯誤;題述事實說明,基因通過控制酶的合成來控制代謝過程進而實現(xiàn)對性狀的間接控制,并未說明環(huán)境對性狀的影響,B錯誤,C正確;R基因控制非甜性狀,r基因控制甜的性狀,即非甜對甜為顯性,因此,將純合甜玉米與純合非甜玉米間隔種植,則非甜玉米植株上都是非甜種子,而甜玉米的植株上有非甜種子也有甜種子,D錯誤。任務(wù)活動例3[2023·山東青島月考]圖為人體中基因?qū)π誀羁刂七^程示意圖,據(jù)圖分析可以得出 (

)A.過程①需要DNA單鏈作模板,葡萄糖作為能源物質(zhì)為其直接供能B.過程①②都主要發(fā)生在細胞核中,且遵循的堿基互補配對方式相同C.基因1與基因2對性狀的控制方式相同D.基因1通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀D任務(wù)活動[解析]過程①是轉(zhuǎn)錄,轉(zhuǎn)錄是以DNA的一條鏈為模板合成RNA的過程,直接供能物質(zhì)是ATP,A錯誤;過程①是轉(zhuǎn)錄,主要在細胞核中進行,過程②是翻譯,在細胞質(zhì)中進行,轉(zhuǎn)錄時堿基互補配對方式有A—U、T—A、G—C、C—G,而翻譯時堿基互補配對方式有A—U、U—A、G—C、C—G,因此遵循的堿基互補配對方式不完全相同,B錯誤;基因1通過控制血紅蛋白的結(jié)構(gòu)直接控制生物性狀,缺乏酪氨酸酶會導(dǎo)致黑色素?zé)o法合成,說明基因通過控制酶的合成來控制代謝過程進而控制生物體的性狀,C錯誤,D正確。任務(wù)活動任務(wù)二基因的選擇性表達與細胞分化【資料】

閱讀教材P72基因的選擇性表達與細胞分化內(nèi)容及“思考·討論”中分析不同類型細胞中DNA和mRNA的檢測結(jié)果。[分析](1)教材“思考·討論”材料中,各細胞內(nèi)的基因均相同,細胞內(nèi)的mRNA不同,基因表達產(chǎn)物不同。你認為細胞內(nèi)表達的基因有相同的嗎?如果有的話,請舉例說明。

。

有,如核糖體蛋白基因、ATP合成酶基因任務(wù)活動(2)同一生物的不同細胞中蛋白質(zhì)種類會有不同,根本原因是

(填“DNA”或“RNA”)不同。

(3)聯(lián)系有絲分裂知識,高度分化的動植物體細胞中仍含有本物種全套遺傳信息的原因是

。

(4)通過分析可知,細胞分化的根本原因是

?；虻倪x擇性表達與基因表達的調(diào)控有關(guān)。

RNA所有體細胞都是由受精卵經(jīng)過有絲分裂而來的基因的選擇性表達任務(wù)活動1.“管家基因”和“奢侈基因”(1)“管家基因”:在所有細胞中都表達的基因,指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)是維持細胞基本生命活動所必需的。例如:ATP水解酶基因。(2)“奢侈基因”:只在某類細胞中特異性表達的基因,指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)與細胞特定的功能有關(guān)。如:胰島素基因、抗體基因。任務(wù)活動2.細胞分化(1)細胞分化的標志①分子水平:基因選擇性表達,合成了某種細胞特有的蛋白質(zhì),如卵清蛋白、胰島素。②細胞水平:形成不同種類的細胞。(2)分化細胞表達的基因:所有“管家基因”和部分“奢侈基因”。(3)細胞分化的“變”與“不變”①不變:DNA、細胞的數(shù)目。②改變:mRNA、蛋白質(zhì)的種類,細胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能。任務(wù)活動例4下表表示某人體內(nèi)三種不同細胞中的基因存在及表達情況,下列有關(guān)說法不正確的是

(

)細胞種類基因存在情況基因表達情況甲乙丙丁甲乙丙丁胰島A細胞√√√√√

√眼晶狀體細胞(胚胎中)√√√√

√

√神經(jīng)細胞√√√√

√√細胞種類基因存在情況基因表達情況甲乙丙丁甲乙丙丁胰島A細胞√√√√√

√眼晶狀體細胞(胚胎中)√√√√

√

√神經(jīng)細胞√√√√

√√任務(wù)活動A.甲基因不可能是控制卵清蛋白合成的基因B.丁基因可能是ATP合成酶基因C.三種細胞不同的根本原因是細胞中的遺傳信息不同D.三種細胞都有甲、乙、丙、丁四種基因的根本原因是這些細胞都來源于同一個受精卵√任務(wù)活動[解析]甲基因在胰島A細胞中表達,所以甲基因不可能是控制卵清蛋白合成的基因,A正確;ATP合成酶基因在所有細胞中都表達,所以丁基因可能是ATP合成酶基因,B正確;三種細胞不同的根本原因是基因的選擇性表達,C錯誤;三種細胞都有甲、乙、丙、丁四種基因的根本原因是這些細胞都來源于同一個受精卵,D正確。任務(wù)活動例5[2023·福建龍巖期末]科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn),細胞中基因有些表達,有些不表達。在不同類型的細胞中,表達的基因大致分為兩類:一類是管家基因,即在所有細胞中都表達的基因,其產(chǎn)物是維持細胞基本代謝所必需的;另一類是奢侈基因,即只在某類細胞中特異性表達的基因。下列有關(guān)敘述錯誤的是 (

)A.同一個體不同細胞含有的奢侈基因不同B.呼吸酶、ATP水解酶相關(guān)基因為管家基因C.細胞分化的本質(zhì)是奢侈基因的選擇性表達D.已分化的細胞,一般不能轉(zhuǎn)化為其他類型細胞A任務(wù)活動[解析]同一個體不同細胞含有的管家基因和奢侈基因都相同,只是奢侈基因發(fā)生選擇性表達,A錯誤;呼吸酶和ATP水解酶每個細胞中都有,所以相關(guān)基因是管家基因,B正確;奢侈基因每個細胞中都有,但只在特定細胞中表達,故細胞分化的本質(zhì)是奢侈基因的選擇性表達,C正確;細胞分化通常是不可逆的,即已分化的細胞,一般不能轉(zhuǎn)化為其他類型細胞,D正確。任務(wù)活動任務(wù)三基因與性狀的關(guān)系【資料】

討論教材P73“柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳”。[分析](1)柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)的遺傳分析高度甲基化不表達兩側(cè)對稱花兩側(cè)對稱花輻射對稱花任務(wù)活動(2)小鼠毛色的遺傳分析①實驗現(xiàn)象②原因分析:Avy基因的前端有一段影響Avy基因表達水平的特殊的堿基序列被

,甲基化程度越高,Avy基因表達受到的抑制越

。

甲基化明顯任務(wù)活動(3)上述(1)和(2)展示的遺傳現(xiàn)象都表現(xiàn)為基因的

保持不變,但部分堿基發(fā)生了

修飾,

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,這是一種

。

堿基序列甲基化表觀遺傳抑制任務(wù)活動【情境】

圖為某生物染色體上的基因與該生物某些性狀的關(guān)系簡圖。任務(wù)活動[分析](1)分析圖示可知,基因與性狀不是簡單的一一對應(yīng)的關(guān)系,其關(guān)系如下:(2)除此之外,生物體的性狀還受

的影響。

一個基因多個性狀環(huán)境條件多個基因任務(wù)活動1.基因與性狀的關(guān)系并不都是簡單的線性關(guān)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(fù)雜的相互作用。2.表觀遺傳(1)表觀遺傳的原因:DNA甲基化,構(gòu)成染色體的組蛋白發(fā)生甲基化、乙酰化等修飾。任務(wù)活動(2)表觀遺傳的特點①可遺傳:基因表達的調(diào)控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可以發(fā)生去甲基化。(3)理解表觀遺傳注意三個問題①表觀遺傳不遵循孟德爾遺傳規(guī)律。②表觀遺傳可以通過有絲分裂和減數(shù)分裂傳遞被修飾的基因。③表觀遺傳一般是影響基因的轉(zhuǎn)錄過程,進而影響蛋白質(zhì)的合成。任務(wù)活動例6人體內(nèi)苯丙氨酸的代謝途徑如圖所示。人群中,有若干種遺傳病是由苯丙氨酸的代謝缺陷所導(dǎo)致的。例如,苯丙氨酸的代謝產(chǎn)物之一苯丙酮酸在腦中積累會阻礙腦的發(fā)育,造成智力低下。下列分析錯誤的是 (

)A.缺乏酶①可導(dǎo)致病人既“白(白化病)”又“癡”B.缺乏酶⑤可導(dǎo)致病人只“白”不“癡”C.缺乏酶⑥時,嬰兒使用過的尿布會留有黑色污跡(尿黑酸)D.上述實例可以證明遺傳物質(zhì)通過控制酶的合成,從而控制新陳代謝和性狀C任務(wù)活動[解析]本題中的每種酶只催化一種化學(xué)反應(yīng),缺乏酶①則不能合成酪氨酸,不會生成黑色素,人體內(nèi)的苯丙氨酸只能合成苯丙酮酸,苯丙酮酸在腦中積累造成智力低下,因此該病人既“白”又“癡”,A正確;缺乏酶⑤只能引起酪氨酸不能轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏?故病人只表現(xiàn)為白化病,B正確;缺乏酶⑥時,只會引起不能合成苯丙酮酸,但其他生理過程正常,故嬰兒的尿布上不會有尿黑酸,尿黑酸最終被分解為CO2和H2O,C錯誤;該代謝過程可證明基因通過控制酶的合成來控制新陳代謝和性狀,D正確。任務(wù)活動例7[2023·重慶巴蜀中學(xué)月考]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(zhuǎn)移酶,能使DNA某些區(qū)域添加甲基基團(如圖所示),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。下列有關(guān)敘述錯誤的是

(

)任務(wù)活動A.DNA甲基化后可能干擾了RNA聚合酶與DNA部分區(qū)域的識別和結(jié)合B.蜂王漿可能會導(dǎo)致細胞中DNMT3基因的表達水平下降C.DNA分子中胞嘧啶和5'甲基胞嘧啶都可以與鳥嘌呤配對D.被甲基化的DNA片段中遺傳信息發(fā)生改變,從而使生物的性狀發(fā)生改變√任務(wù)活動[解析]DNA甲基化使得DNA轉(zhuǎn)錄過程受阻,可能干擾了RNA聚合酶與DNA相關(guān)區(qū)域的結(jié)合,A正確;敲除DNMT3基因后,蜜蜂幼蟲將發(fā)育成蜂王,與取食蜂王漿有相同效果,由此推測蜂王漿可能使DNMT3基因表達水平下降,B正確;胞嘧啶無論是否被甲基化,都能與鳥嘌呤發(fā)生配對,C正確;被甲基化的DNA片段遺傳信息沒變,只是甲基化抑制了基因的表達,對生物的性狀產(chǎn)生影響,D錯誤。

當(dāng)堂小結(jié)

備用習(xí)題1.如圖為人體中不同細胞產(chǎn)生過程的模式圖,據(jù)圖推斷肌肉細胞、未成熟紅細胞和神經(jīng)細胞 (

)A.含有的遺傳信息相同

B.含有的蛋白質(zhì)完全相同C.含有的蛋白質(zhì)種類完全不相同

D.形成的原因是基因的選擇性丟失A[解析]肌肉細胞、未成熟紅細胞和神經(jīng)細胞都是由同一個受精卵經(jīng)有絲分裂而來的,所含的遺傳物質(zhì)相同,A正確;肌肉細胞、未成熟紅細胞和神經(jīng)細胞是細胞分化形成的,而細胞分化的實質(zhì)是基因的選擇性表達,所以這三類細胞含有的蛋白質(zhì)不完全相同,B、C、D錯誤。

備用習(xí)題2.有人說“基因是導(dǎo)演,蛋白質(zhì)是演員,性狀是演員的表演作品”。結(jié)合所學(xué),下列說法不合理的是 (

)A.基因中核苷酸序列多樣性是蛋白質(zhì)多樣性的根本原因B.不同的核苷酸序列通過轉(zhuǎn)錄、翻譯可能合成相同的蛋白質(zhì)C.某些基因可以通過控制蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀D.同種生物不同個體間的性狀差異是基因選擇性表達的結(jié)果D

備用習(xí)題[解析]DNA經(jīng)過轉(zhuǎn)錄形成mRNA,而mRNA經(jīng)過翻譯形成蛋白質(zhì),因此基因中核苷酸序列多樣性是蛋白質(zhì)多樣性的根本原因,A正確;由于密碼子具有簡并性等原因,不同的核苷酸序列可能合成的蛋白質(zhì)相同,B正確;基因可以通過控制蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀,C正確;同種生物不同個體間的性狀差異是不同個體基因不同導(dǎo)致的,而不是基因的選擇性表達,D錯誤。

備用習(xí)題3.DNA中胞嘧啶甲基化是一種常見的表觀遺傳修飾方式,通常會引起靶標基因發(fā)生轉(zhuǎn)錄沉默。下列表述不合理的是 (

)A.DNA甲基化會使基因的堿基序列發(fā)生改變B.表觀遺傳能使生物體發(fā)生可遺傳的性狀改變C.轉(zhuǎn)錄沉默可能是因為RNA聚合酶無法作用于靶標基因D.DNA甲基化對基因表達的調(diào)控是長期自然選擇的結(jié)果A

備用習(xí)題[解析]DNA甲基化,會引起基因表達和表型發(fā)生