新人教版必修2基因表达与性状的关系课件(共62张)

1、第2节基因表达与性状的关系目标素养1.通过实例分析,明确基因控制性状的两种方式,归纳基因、蛋白质与性状的关系2.认同细胞分化的实质是基因的选择性表达;理解基因的选择性表达是由于细胞有调控基因表达的机制3.分析案例,认识DNA甲基化等因素导致基因在碱基序列不变的情况下,表达情况发生可遗传的变化4.通过了解基因与性状之间关系的复杂性,认同生物学中因果关系的复杂性;尝试对复杂事物进行多角度、多因素的分析知识概览一、基因表达产物与性状的关系1.基因对生物性状的间接控制(1)实质: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。(2)实例。 下图为豌豆的圆粒和皱粒的形成机理图解。图中豌豆为圆粒

2、或皱粒与哪种基因和酶有关?为什么相关基因异常则为皱粒?提示:豌豆为圆粒或皱粒与豌豆的淀粉分支酶基因及其表达的产物淀粉分支酶有关。如果淀粉分支酶基因异常,则合成的淀粉分支酶异常,活性大大降低,导致淀粉合成受阻,含量降低。淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩,表现为皱粒。2.基因对生物性状的直接控制(1)实质:基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。(2)实例。 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,而形态、结构和功能却各不相同。2.表达的基因的类型:一类是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

3、生命活动所必需的,如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因;另一类是只在某类细胞中特异性表达的基因,如卵清蛋白基因、胰岛素基因。3.细胞分化的本质是基因的选择性表达。基因的选择性表达与基因表达的调控有关。三、表观遗传1.表观遗传: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。如柳穿鱼Lcyc基因和小鼠Avy基因的碱基序列没有变化,但部分碱基发生了甲基化修饰,抑制了基因的表达,进而对表型产生影响。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。例如,基因组成相同的同卵双胞胎所具有的微小差异就与表观遗传有关;一个蜂群中,蜂王和工蜂都是由受精卵发育而来的,但

4、它们在形态、结构、生理和行为等方面截然不同,表观遗传也在其中发挥了重要作用。3.表观遗传类型:除了DNA甲基化,构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰也会影响基因的表达。4.吸烟与人体健康的关系吸烟会使人的体细胞内DNA的甲基化水平升高,对染色体上的组蛋白也会产生影响。四、基因与性状的关系1.基因通过其表达产物蛋白质来控制性状,细胞内的基因表达与否以及表达水平的高低都是受到调控的。2.在大多数情况下,基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系。(1)一个性状可以受到多个基因的影响。例如,人的身高是由多个基因决定的,其中每个基因对身高都有一定的作用。(2)一个基因也可以影响多个性状。例如,我

5、国科学家研究发现水稻中的Ghd7基因编码的蛋白质不仅参与了开花的调控,而且对水稻的生长、发育和产量都有重要作用。(3)生物体的性状不完全是由基因决定的,环境对性状也有着重要影响。一 基因表达产物与性状的关系重难归纳1.基因控制性状的方式2.基因与性状的关系中的注意点 牵牛花的颜色主要是由花青素决定的,下图为花青素的合成与颜色变化途径示意图,请回答下列问题。(1)图中反映了基因控制生物体性状的哪条途径?除此之外,另一条途径是什么?提示:图中反映的途径是基因可以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。另一条途径是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。(2)牵牛花的颜色只由一对

6、基因控制吗?提示:不是。牵牛花的颜色由多对基因共同控制。(3)牵牛花的颜色还与细胞中的pH有关,这说明什么?提示:生物体的性状也受环境影响。(4)牵牛花的叶肉细胞中是否也含有基因?也能全部表达吗?提示:牵牛花的叶肉细胞中也含有基因,但是由于细胞分化,基因进行选择性表达,这3个基因不一定能够全部表达。典例剖析下图为豌豆种子圆粒性状的产生机制。据图判断,下列叙述错误的是()A.图中显示了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B.当编码淀粉分支酶的基因被打乱时,细胞内淀粉的含量会上升C.皱粒种子中蔗糖含量相对较高,味道更甜美D.图中过程中碱基互补配对的方式有差异答案:B解析:图中显

7、示了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,A项正确。当编码淀粉分支酶的基因被打乱时,会导致淀粉分支酶异常,活性大大降低,从而使淀粉的含量下降,B项错误。皱粒种子中淀粉含量相对较低,而蔗糖含量相对较高,种子的甜度增加,C项正确。图中过程分别为转录和翻译,都会发生碱基互补配对,其中转录过程中有T和A配对,而翻译过程中没有,D项正确。学以致用1.牵牛花的颜色主要是由花青素决定的,下图为花青素的合成途径及牵牛花的颜色变化示意图。从图中不能得出()A.花的颜色由多对基因共同控制 B.基因可以通过控制酶的合成来控制代谢过程C.牵牛花颜色的表现受到相关酶的控制 D.若基因不表达,则基因和

8、基因也不表达答案:D解析:基因具有独立性,基因不表达,基因和基因仍然能够表达。2.下列有关基因与性状关系的叙述,正确的是()A.基因与性状之间是一一对应的关系B.基因都通过控制蛋白质的结构直接控制性状C.染色体上的基因控制生物性状不受环境影响D.不同基因之间相互作用,精细调控生物性状答案:D解析:基因与性状之间并不是简单的一一对应的关系,有些性状是由多个基因共同决定的,有的基因可决定或影响多种性状,A项错误。有的基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物性状,B项错误。生物的性状是基因与环境共同作用的结果,C项错误。二基因的选择性表达与细胞分化重难归纳1.细胞分化的实质基因的选择性表达,

9、即在个体发育过程中,不同的细胞中遗传信息的执行情况不同,转录出不同的mRNA,控制合成出不同的蛋白质,如图所示。2.细胞分化的标志(1)分子水平:合成了某种细胞特有的蛋白质,如唾液淀粉酶、胰岛素等。(2)细胞水平:形成不同种类的细胞,尤其是细胞器种类和数量有较大差异。3.细胞分化的“变”与“不变”(1)变:mRNA、蛋白质的种类,细胞的形态、结构和功能。(2)不变:DNA、tRNA、rRNA的种类,细胞的数目。1.结合教科书第72页“思考讨论”提供的资料,回答下列问题。(1)资料中所给3种细胞合成的蛋白质种类有什么差别?提示:鸡的输卵管细胞能合成卵清蛋白,红细胞能合成珠蛋白,胰岛细胞能合成胰岛

10、素。(2)3种细胞的DNA中都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因,但只检测到其中一种基因的mRNA,这一事实说明了什么?提示:不同的细胞选择性表达了不同的基因。2.同一生物体内不同类型的细胞,核基因一般都是相同的,而形态、结构和功能却各不相同,这是为什么呢?提示:基因的选择性表达。典例剖析下列数据是人体部分器官中所表达基因的估计数,有关叙述错误的是()A.人体各器官表达的基因数目有差异是细胞内基因选择性表达的结果B.血细胞所表达的基因的数目最多,说明其遗传物质相对含量较高C.人体各器官基因表达数目有差异,说明细胞中所含蛋白质有差异D.不同功能的细胞表达的基因不相同,这是与其不同功能相适应

11、的答案:B解析:同一个体不同的体细胞所含的基因相同,但表达的基因不同,B项错误。学以致用1.同一生物体内的不同组织细胞之间,不同的是()A.染色体上的基因B.细胞质中的tRNAC.遗传密码的种类D.细胞质中的mRNA答案:D解析:同一生物体内的不同组织细胞中选择性表达的基因不同,因此细胞质中的mRNA不同。2.人的胰岛细胞能产生胰岛素,但不能产生血红蛋白,据此推测胰岛细胞中()A.只有胰岛素基因B.比人受精卵基因要少C.有胰岛素基因和其他基因,但没有血红蛋白基因D.既有胰岛素基因,也有血红蛋白基因和其他基因答案:D解析:胰岛细胞含有该个体全部的基因,A项错误。胰岛细胞是由受精卵经有丝分裂而来的

12、,所含的基因与受精卵相同,B项错误。胰岛细胞除了含有胰岛素基因,还有血红蛋白基因和其他基因,C项错误,D项正确。三 表观遗传、基因表达与性状的关系重难归纳1.表观遗传(1)表观遗传的特点。可遗传,即这类改变通过有丝分裂或减数分裂,能在细胞或个体世代间遗传。可逆性的基因表达。没有DNA碱基序列的改变。(2)表观遗传对基因表达的调控。生物遗传信息的表达正确与否,既受控于DNA序列又受制于表观遗传,表观遗传主要通过DNA修饰、蛋白质修饰与非编码RNA的调控3个层面调控基因表达。DNA甲基化:DNA甲基化是最早被发现,也是研究最深入的表观遗传调控机制之一。甲基化是指生物分子在特定的酶系统催化下加上甲基

13、(CH3)的生物化学反应,是普遍存在于原核生物和真核生物中的DNA修饰作用。甲基化没有改变基因的序列,但对基因表达起调控作用。在哺乳动物DNA分子中,甲基化一般发生在胞嘧啶(C)上。(3)对表观遗传的理解。不变:生物体基因的碱基序列保持不变。变:基因表达和表型发生可遗传变化。2.基因与性状的关系 (4)生物的性状还受环境条件的影响,生物的性状是基因型和环境条件共同作用的结果。如水毛茛,其裸露于空气中的叶为扁平状,而浸在水中的叶却为丝状。1.结合教科书第73页“思考讨论”提供的资料,回答下列问题。(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相同?为什么植株A、B的花的形态

14、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,从而被抑制表达。(2)资料2中,F1小鼠的基因型是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基因的前端有多个可发生DNA甲基化修饰的位点,当这些位点甲基化后,Avy基因的表达就受到抑制,并且甲基化程度越高,受到的抑制越明显,小鼠的毛色越深。2.同一株水毛茛,裸露在空气中的叶和浸在水中的叶,表现出了两种不同的形态。水中的叶比空气中的叶要细小狭长一些。水毛茛两种形态的叶,其细胞的基因组成一样吗?叶形的差异是不是表观遗传的结果?

15、最可能是由什么因素引起的?提示:水毛茛两种形态的叶,其细胞的基因组成是相同的,叶形的差异不是表观遗传的结果,因为同一株植株出现不同的叶形。最可能是环境因素导致的。典例剖析许多基因的启动子(转录起始位点)内富含CG重复序列,若其中的部分胞嘧啶(C)被甲基化成为5-甲基胞嘧啶,就会抑制基因的转录。下列与之相关的叙述,正确的是()A.在一条单链上相邻的C和G之间通过氢键连接B.胞嘧啶甲基化导致表达的蛋白质结构改变C.胞嘧啶甲基化会阻碍RNA聚合酶与启动子结合D.基因的表达水平与基因的甲基化程度无关答案:C解析:在一条脱氧核苷酸单链上相邻的C和G之间不是通过氢键连接的,而是通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”

16、连接的,A项错误。胞嘧啶甲基化导致表达过程中基因转录被抑制,对已经表达的蛋白质结构没有影响,B项错误。根据题意,胞嘧啶甲基化会抑制基因的转录,可推知,抑制的实质就是阻碍RNA聚合酶与启动子结合,C项正确。由于基因的表达水平与基因的转录有关,所以与基因的甲基化程度有关,D项错误。学以致用1.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。下列相关叙述错误的是()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答案:A解析:DNA甲

17、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。2.下列关于基因与性状之间关系的叙述,错误的是()A.水毛茛叶子形态的差异是基因与环境共同作用的结果B.人的身高由多对基因控制,并受后天营养和体育锻炼的影响C.水稻中的Ghd7基因对开花、产量等多个性状均有影响D.生物体的每一种性状都有一个特定的基因控制答案:D1.下列属于基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体性状的是()A.白化病B.苯丙酮尿症C.囊性纤维化D.豌豆粒形答案:C解析:白化病、苯丙酮尿症、豌豆粒形都说明了基因可通过控制酶的合成来控制代谢,进而控制生物体的性状,故A、B、D三项不符合题意。2.基因控制性状是通

18、过()A.DNA的自我复制B.控制蛋白质的结构直接控制性状C.控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体的性状D.B、C都是答案:D解析:基因对性状的控制途径有两条:一是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状;二是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。3.细胞分化是基因选择性表达的结果。下列属于选择性表达的基因的是()A.血红蛋白基因 B.ATP合成酶基因C.解旋酶基因D.核糖体蛋白基因答案:A解析:B、C、D三项是所有活细胞中都表达的基因,而A项血红蛋白基因是分化后的红细胞才表达的基因。4.皱粒豌豆形成的机制是()A.DNA甲基化B.组蛋白甲基化C.组蛋白乙酰化D.相关基因的碱基序列改变答案:D解析:豌豆的DNA中插入了一段外来的DNA序列,打乱了编码淀粉分支酶的基因,导致淀粉分支酶出现异常而出现皱粒豌豆。5.下列关于同一人体内的神经细胞、白细胞和小肠上皮细胞的叙述,正确的是()A.因为来自同一人体,所以这3类细胞中DNA、蛋白质的种类相同B.因为这3类细胞细胞核中的基因不同,所以它们的形态、功能不同C.虽然这3类细胞的大小不同,但细胞中含量最多的化合物相同D.葡萄糖进入该人体所有细胞的方式相同答案:C解析:同一人体中的神经细胞、白细胞和小肠上皮细胞都是由受精卵分裂、分化而来的。这3类细胞