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

4.2基因表達(dá)與性狀的關(guān)系第四章

基因的表達(dá)教學(xué)目標(biāo)：本節(jié)聚焦基因如何控制生物體的性狀?細(xì)胞分化與基因表達(dá)有什么關(guān)系？表觀遺傳信息是圖和調(diào)控基因表達(dá)的？怎樣理解基因與性狀關(guān)系的復(fù)雜性？4問題探討：

橘生淮南則為橘，生于淮北則為枳，葉徒相似，其實(shí)味不同。所以然者何？水土異也?！毕襁@種隨環(huán)境不同，生物性狀發(fā)生改變的例子非常普遍。1.為什么相同的生物在不同的環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)性狀差異？2.基因、蛋白質(zhì)、性狀三者間究竟有怎樣的關(guān)系？問題探討：水毛茛

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.這兩種葉形的差異，可能是由什么因素引起的？一樣的，都有受精卵發(fā)育而來。外部環(huán)境差異引起的。一、基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系1.基因表達(dá)的產(chǎn)物是

，其與性狀的關(guān)系：①基因通過控制其表達(dá)產(chǎn)物

的

直接控制生物體的性狀；【資料1】囊性纖維化的發(fā)病機(jī)理正常氣管囊性纖維化氣管氣流大小氣流大小蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)缺失了三個(gè)堿基對(duì)Phe空間結(jié)構(gòu)Cl-控制控制基因蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)生物性狀一、基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系1.基因表達(dá)的產(chǎn)物是

，其與性狀的關(guān)系：①基因通過控制其表達(dá)產(chǎn)物

的

直接控制生物體的性狀；【資料2】鐮刀型細(xì)胞貧血癥血液正常流動(dòng)阻礙血液流動(dòng)正常紅細(xì)胞鐮刀狀紅細(xì)胞控制控制基因蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)生物性狀蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)替換谷纈空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變異常鐮刀一、基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系1.基因表達(dá)的產(chǎn)物是

，其與性狀的關(guān)系：②基因通過控制

的

來控制

，進(jìn)而控制生物體的性狀?！举Y料3】豌豆的圓粒與皺粒蛋白質(zhì)酶合成代謝過程控制控制基因酶的合成代謝過程生物性狀控制外來DNA插入圓粒豌豆DNA皺粒豌豆DNA淀粉分支酶淀粉高保留DNA片段異常大大降低受阻降低失一、基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系1.基因表達(dá)的產(chǎn)物是

，其與性狀的關(guān)系：②基因通過控制

的

來控制

，進(jìn)而控制生物體的性狀?！举Y料4】白化病蛋白質(zhì)酶合成代謝過程控制控制基因酶的合成代謝過程生物性狀控制畏光毛發(fā)及皮膚呈白色酪氨酸酶酪氨酸酪氨酸黑色素黑色素1.孟德爾曾經(jīng)研究過豌豆種子的圓粒與皺粒。豌豆成熟時(shí)，淀粉含量高的豌豆能有效地保留水分。皺粒豌豆的DNA中插入了一段外來DNA

序列打亂了編碼淀粉分支酶的基因，導(dǎo)致淀粉分支酶出現(xiàn)異常，活性大大降低。下列敘述錯(cuò)誤的是（

）A.豌豆的圓粒與皺粒是一對(duì)相對(duì)性狀B.豌豆粒中水可與淀粉結(jié)合成為結(jié)合水C.淀粉分支酶的作用是催化淀粉水解D.該實(shí)例體現(xiàn)基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進(jìn)而控制生物體性狀練習(xí)與應(yīng)用C2.囊性纖維化是一種單基因遺傳病，患者的CFTR

蛋白(細(xì)胞膜上轉(zhuǎn)運(yùn)氯離子的載體蛋白，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(cuò)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)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(dá)的產(chǎn)物無須加工即可具有相應(yīng)功能練習(xí)與應(yīng)用D3.如圖為人體中基因?qū)π誀羁刂七^程示意圖，據(jù)圖分析無法得出的是（

）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(xì)胞核中，且遵循的堿基互補(bǔ)配對(duì)方式相同C.基因1與基因2對(duì)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練習(xí)與應(yīng)用ABC二、基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化

人是由受精卵發(fā)育來的，受精卵經(jīng)過分裂形成多個(gè)細(xì)胞，進(jìn)而形成不同類型的細(xì)胞，如紅細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、肌肉細(xì)胞等。①這個(gè)過程我們稱為什么？②這些細(xì)胞的基因是否相同？③這些不同類型細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能都不相同。可能的原因是什么？細(xì)胞分化相同基因的選擇性表達(dá)二、基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化【資料1】分析不同類型細(xì)胞中DNA和mRNA的檢測(cè)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？②分析表格你能得出什么結(jié)論？③三種細(xì)胞中的mRNA種類相同嗎？tRNA和rRNA呢？④是不是這三類細(xì)胞中表達(dá)的基因完全不相同？如不是，請(qǐng)舉例說明。檢測(cè)的3種細(xì)胞卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰島素基因卵清蛋白mRNA珠蛋白mRNA胰島素mRNA輸卵管細(xì)胞++++--紅細(xì)胞+++-+-胰島細(xì)胞+++--+都能合成特異性蛋白。特定細(xì)胞特異性表達(dá)特異性蛋白質(zhì)。mRNA種類數(shù)量一般不同，t&rRNA一般相同。不是?？刂萍?xì)胞基本生命活動(dòng)的基因在所有細(xì)胞中都能表達(dá)。二、基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化①管家基因：

的一類基因，其產(chǎn)物是對(duì)維持細(xì)胞基本生命活動(dòng)所必需的，如：

、

；②奢侈基因:

的基因，賦予各種細(xì)胞特異的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能，如：

、

。所有細(xì)胞中均要穩(wěn)定表達(dá)的核糖體蛋白基因ATP合成酶基因只在某類細(xì)胞中特異性表達(dá)卵清蛋白基因胰島素基因二、基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化干細(xì)胞紅細(xì)胞脂肪細(xì)胞心肌細(xì)胞小腸上皮細(xì)胞軟骨細(xì)胞上皮細(xì)胞神經(jīng)元1.細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)：

；2.思考：在細(xì)胞分化的過程中，DNA、tRNA、rRNA、mRNA、蛋白質(zhì)的種類哪個(gè)會(huì)發(fā)生改變？基因的選擇性表達(dá)不變：DNA、tRNA、rRNA、細(xì)胞數(shù)目變：mRNA、蛋白質(zhì)的種類、細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能

練習(xí)與應(yīng)用C5.科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞中基因有些表達(dá)，有些不表達(dá)。在不同類型的細(xì)胞中，表達(dá)的基因大致分為兩類：一類是管家基因，即在所有細(xì)胞中都表達(dá)的基因，其產(chǎn)物是維持細(xì)胞基本代謝所必需的；另一類是奢侈基因，即只在某類細(xì)胞中特異性表達(dá)的基因。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（

）A.同一個(gè)體不同細(xì)胞含有的奢侈基因不同B.呼吸酶、ATP水解酶相關(guān)基因?yàn)楣芗一駽.細(xì)胞分化的本質(zhì)是奢侈基因的選擇性表達(dá)D.已高度分化的細(xì)胞，一般不能轉(zhuǎn)化為其他類型細(xì)胞練習(xí)與應(yīng)用A三、表觀遺傳Lcyc基因在開花時(shí)表達(dá)Lcyc基因不表達(dá)植株A植株B【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)不同，其他方面基本相同。柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)與Lcyc基因的表達(dá)直接相關(guān)。圖中所示的兩株柳穿魚，它們體內(nèi)Lcyc基因的序列相同，只是植株A的Lcyc基因在開花時(shí)表達(dá)，植株B的Lcyc基因不表達(dá)。研究表明，植株B的Lcyc基因不表達(dá)的原因是它被高度甲基化（Lcyc基因有多個(gè)堿基連接甲基基團(tuán)）了。拓展：DNA甲基化修飾①DNA甲基化DNA的堿基序列

，但部分堿基發(fā)生了甲基化修飾。沒有發(fā)生變化CH3甲基化SAMSAHCH3胞嘧啶5-甲基胞嘧啶拓展：DNA甲基化修飾胞嘧啶甲基化C5'

CGG3'

3'

5'

C5'

CGG3'

3'

5'

CH3CH3②DNA甲基化通常是堿基

發(fā)生甲基化修飾；③DNA甲基化通常是

基因表達(dá)；④除了DNA甲基化，構(gòu)成染色體的

發(fā)生甲基化、

化等修飾也會(huì)影響基因的表達(dá)。胞嘧啶抑制組蛋白乙酰三、表觀遺傳【資料1】科學(xué)家將這兩個(gè)植株作為親本進(jìn)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：Lcyc開花時(shí)表達(dá)植株B：Lcyc不表達(dá)×絕大部分少部分F1F2?PF1中含有甲基化的Lcyc基因，Lcyc基因的甲基化可以遺傳，并影響植株的性狀。思考：1.柳穿魚性狀改變的原因是什么？2.F1的花為什么與植株A的相似？在F2中為什么有些植株的花與植株B的相似？3.雜交試驗(yàn)的結(jié)果說明什么？三、表觀遺傳【資料2】某種實(shí)驗(yàn)小鼠的毛色受一對(duì)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。將純種黃色體毛的小鼠與純種黑色體毛的小鼠進(jìn)行雜交，F(xiàn)1小鼠的基因型都是Avya，卻表現(xiàn)出不同的毛色：介于黃色和黑色之間的一系列過渡類型。表現(xiàn)出不同毛色的Avya小鼠黃毛鼠：AvyAvy黑毛鼠：aa×不同毛色AvyaF1P三、表觀遺傳【資料2】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(gè)可發(fā)生DNA甲基化修飾的位點(diǎn)。當(dāng)這些位點(diǎn)沒有甲基化時(shí)，Avy基因正常表達(dá)，小鼠就表現(xiàn)為黃色；當(dāng)這些位點(diǎn)甲基化后，Avy基因的表達(dá)就受到抑制。這段堿基序列的甲基化程度越高，Avy基因的表達(dá)受到的抑制就越明顯，小鼠體毛的顏色就越深。思考：1.小鼠性狀改變的原因是什么？2.總結(jié)資料1和2展示的遺傳現(xiàn)象的共同點(diǎn)之處。堿基序列

，部分堿基發(fā)生了

修飾基因的表達(dá)表型

，并影響后代表現(xiàn)沒有發(fā)生變化甲基化抑制影響可遺傳三、表觀遺傳1.概念：生物體

，但基因表達(dá)和表型發(fā)生

的現(xiàn)象。2.時(shí)間：

。3.特點(diǎn)：

、

、

。

4.常見的調(diào)控機(jī)制：①

甲基化；②組成染色體的

發(fā)生甲基化、

化等。5.實(shí)例：

、

、

、

等。

基因的序列保持不變可遺傳變化普遍存在于生物體的生長、發(fā)育和衰老的整個(gè)生命活動(dòng)過程中DNA序列不變可遺傳受環(huán)境影響有研究表明，吸煙會(huì)使人的體細(xì)胞內(nèi)DNA的甲基化水平升高，對(duì)染色體上的組蛋白也會(huì)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。DNA組蛋白乙酰柳穿魚花形遺傳某小鼠毛色遺傳三、表觀遺傳同卵雙胞胎也存在微小差異蜂王和工蜂的差異：蜂王和工蜂都由受精卵發(fā)育而來，但它們?cè)谛螒B(tài)、結(jié)構(gòu)、生理和行為等方面截然不同三、表觀遺傳

練習(xí)與應(yīng)用BD四、基因與性狀的關(guān)系

在大多數(shù)情況下，基因與性狀的關(guān)系并不是簡單的關(guān)系。①基因的特異性：

，如：

；②多基因效應(yīng)：

，如：

；③基因的多效性：

，如：

。

、

、

之間存在著復(fù)雜的相互作用，這種相互作用形成了一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜而又繁而有