新教材生物人教版课件42基因表达与性状的关系

第2节基因表达与性状的关系一、基因表达产物与性状的关系1.基因控制性状的两种途径：(1)基因__________________生物体的性状。(2)基因_____________生物体的性状。必备知识·自主学习酶的合成代谢过程蛋白质的结构2.基因对性状的控制实例(连线)：【问·答】豌豆的圆粒和皱粒这对相对性状形成的直接原因是什么？提示：圆粒豌豆是由于淀粉含量高，能有效地保留水分，十分饱满；皱粒豌豆是由于淀粉含量低，细胞失水皱缩。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_________为基础的。2.基因选择性表达的实例：选一选：下列基因中能在所有细胞中都表达的基因有：_______，只在某类细胞中特异性表达的基因有：_____。①核糖体蛋白基因②ATP合成酶基因③卵清蛋白基因④胰岛素基因⑤呼吸酶基因3.细胞分化的实质：_________________。细胞分化①②⑤③④基因的选择性表达【问·答】——教材二次开发教材【思考·讨论】中鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞中合成的蛋白质种类有差别的根本原因是什么？提示：控制蛋白质合成的基因不同。三、表观遗传1.基因表达调控的含义：基因什么时候表达、在哪种细胞中表达以及_________的高低都是受到调控的。2.表观遗传概念：生物体基因的_________保持不变，但_______________发生可遗传变化的现象。表达水平碱基序列基因表达和表型3.基因与性状的关系：判一判：结合基因与性状的对应关系，判断下列说法的正误：(1)生物的大多数性状受核基因控制。 ()(2)一个基因只能控制一种性状。 ()提示：一个基因可以影响多个性状。(3)有些性状是由多个基因决定的。 ()(4)基因型相同的个体表型一定相同。 ()提示：基因型相同的个体表型不一定相同，生物性状也受环境影响。(5)表型相同的个体基因型不一定相同。 ()√×√×√【问·答】生物体发生表观遗传的原因有哪些？提示：DNA甲基化和构成染色体的组蛋白甲基化、乙酰化等。关键能力·合作学习知识点一基因表达产物与性状的关系

基因控制生物性状的两种途径：途径1途径2实质基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状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实例分析特别提醒：①部分结构蛋白直接参与生物体或细胞的结构组成，所以基因直接控制结构蛋白的合成，直接控制生物体的性状。②体现生物性状的部分物质的化学本质不是蛋白质，例如甲状腺激素、淀粉、色素等，这部分性状往往是基因通过控制酶的合成间接控制性状。③间接控制和直接控制都是通过蛋白质来起作用的。【思考探究】

——拓展探究：人体衰老时头发会变白和白化病人头发变白是否有区别？试说明原因。(科学思维)提示：二者的原理不同。衰老时头发之所以变白，是因为控制黑色素形成的酪氨酸酶活性降低，黑色素合成减少；而白化病人是由于控制黑色素合成的酪氨酸酶基因异常，使酪氨酸酶根本无法合成，导致患者不能合成黑色素，表现为白化。情境探究：野生型大肠杆菌能在基本培养基上生长。用射线照射野生型大肠杆菌得到一突变株，该突变株在基本培养基上培养时必须添加氨基酸甲后才能生长，该现象说明基因是如何控制生物的性状的？(科学思维)提示：突变株不能合成氨基酸甲，而氨基酸甲不能直接受基因的控制，基因是通过控制相关酶的合成来控制氨基酸甲的合成的，所以说明了基因是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的。【典例示范】白化病与镰状细胞贫血是两种常见的人类单基因遗传病，发病机理如图所示。下列有关叙述正确的是 ()A.由上图可知，基因1与基因2的遗传遵循基因的自由组合定律B.调查遗传病的发病率和遗传方式，选择调查对象的要求相同C.上图中两种基因控制生物性状的方式不同D.⑦→⑥→⑤过程说明基因可通过控制酶的合成，直接控制生物性状【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点：【解析】选C。据图无法判断基因1和基因2是否位于一条染色体上，因此无法判断它们的遗传是否遵循基因的自由组合定律，A错误；调查遗传病的发病率要从广大人群中随机调查，调查遗传方式要在患者家系中调查，故选择调查对象的要求不同，B错误；据图分析上图中两种基因控制生物性状的方式不同，C正确；⑦→⑥→⑤过程说明基因可通过控制酶的合成，间接控制生物性状，D错误。【审答误区】本题常见错因有两种：(1)不清楚自由组合定律发生的条件：只有非同源染色体上的非等位基因的遗传才遵循自由组合定律。(2)对于基因与性状的两种关系容易记混。【母题追问】(1)上题图中的X1、X2是哪种物质？提示：X1、X2是mRNA。(2)上题图中的①②分别代表什么，⑦能否发生在红细胞中？提示：①代表转录，②代表翻译，⑦是控制酪氨酸酶合成的基因转录，由于基因的选择性表达，⑦不能发生在红细胞中。知识点二基因的选择性表达与表观遗传

1.基因选择性表达的结果：(1)细胞形态的改变：如肌细胞的梭形、哺乳动物成熟红细胞的圆饼状、神经细胞的突起状等。(2)细胞结构的变化：细胞器的种类和数量发生变化。(3)细胞功能的特化：执行特定的功能，如运动功能、反射功能、免疫功能等。(4)特殊分子的合成：如合成唾液淀粉酶、抗体、胰岛素、血红蛋白和肌动蛋白等。2.表观遗传机制：(1)细胞分裂、分化过程中内外因素的共同作用导致DNA甲基化、构成染色体的组蛋白的甲基化、乙酰化等修饰。(2)甲基化等修饰抑制了基因的表达。3.基因与性状的关系：(1)一个基因决定一种性状(多数性状受单基因控制)。(2)一个基因影响多种性状(如基因间相互作用)。(3)多个基因控制一种性状(如身高、体重等)。图解如下：特别提醒：①生物的性状不只受基因控制，环境对性状也有影响，如后天营养和体育锻炼会影响人的身高。②基因的表达产物可发生表观遗传的差异，引起生物的性状不同。【知识拓展】基因的种类(1)管家基因：是指在所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是维持细胞基本生命活动所必需的。如RNA聚合酶基因、呼吸酶基因与核糖体蛋白基因等。(2)奢侈基因：是指在不同类型细胞中特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构与功能。如血红蛋白基因、胰岛素基因等。【思考探究】1.拓展探究：同一个体不同的体细胞由于分化形成了不同的形态、结构，不同细胞形态、结构不同的根本原因和直接原因分别是什么？(科学思维)提示：不同细胞形态、结构不同的根本原因是基因的选择性表达，直接原因是合成了特定的蛋白质。2.教材二次开发：教材【思维训练】拓展：果蝇的长翅(A)对残翅(a)为显性。遗传学家曾做过这样的实验：长翅果蝇幼虫正常的培养温度为25℃，将孵化后4～7d的长翅果蝇幼虫放在35～37℃的环境中处理6～24h后，得到了一些残翅果蝇，这些残翅果蝇在正常环境温度下产生的后代仍然是长翅果蝇。(1)翅的发育需要经过酶催化的反应，据此你对上述实验现象进行解释。(科学思维)提示：温度影响与翅发育有关的酶的合成和活性，但不改变基因组成。(2)上述现象说明了影响表型的因素有哪些？(科学思维)提示：基因型和环境。【典例示范】如图表示人体内干细胞的增殖分化过程，下列有关叙述正确的是 ()A.干细胞与白细胞的基因型不同，但合成的mRNA和蛋白质的种类相同B.血小板和成熟的红细胞内遗传信息的流动方向是DNA→DNA→RNA→蛋白质C.图中所示的细胞中，干细胞具有细胞周期，而且其分裂能力较强D.白细胞能够穿过血管壁去吞噬病菌，这是因为细胞膜具有选择透过性【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点：

【解析】选C。白细胞由造血干细胞增殖分化形成，故干细胞与白细胞的基因型相同，但合成的mRNA和蛋白质的种类不同，A错误；血小板和成熟的红细胞内无细胞核及细胞器，不能进行DNA的复制和蛋白质的合成，B错误；图中所示的细胞中，干细胞具有细胞周期，而且其分裂能力较强，C正确；白细胞能够穿过血管壁去吞噬病菌，这是因为细胞膜具有流动性，D错误。【审答误区】常见以下两种错误：(1)不能理解细胞分化的实质：同一个体不同的细胞基因型相同(除生殖细胞)，只是表达的基因不完全相同。(2)不能理解遗传信息传递发生的时期及条件：例如DNA复制只能发生在分裂的细胞中，而高度分化的细胞不能进行DNA复制。【母题追问】(1)图中各种细胞结构和功能不同的根本原因是什么？提示：基因的选择性表达。(2)白细胞吞噬病菌时是否有蛋白质的参与？提示：有，白细胞吞噬病菌时要进行识别，起识别作用的物质是糖蛋白。【类题精练】如图表示同一个体的5种细胞中5种基因的表达情况，下列分析错误的是 ()A.此图能说明细胞分化的本质B.基因b可能控制RNA聚合酶的合成C.细胞中mRNA差异最大的是细胞2和4D.一般来说，这5种细胞的核遗传物质相同【解析】选C。题图显示，同一个体的5种细胞中基因表达的情况有差异，说明基因在不同细胞中选择性表达，体现了细胞分化的本质，A项正确；5种细胞中都有相关基因表达，基因表达的转录过程中有RNA聚合酶参与，说明5种细胞中都有RNA聚合酶，基因b在5种细胞中都表达了，故其可能是控制RNA聚合酶合成的基因，B项正确；细胞2和4中mRNA有2种不同，而3和4中mRNA有4种不同，C项错误；5种细胞均来源于同一个受精卵，故它们细胞核中的遗传物质通常是相同的，D项正确。【补偿训练】如图为基因与性状的关系示意图，据图判断错误的是()A.一种基因可以影响和控制多种性状B.多种基因可以影响和控制一种性状C.所有基因都能控制表现出相应的性状D.图中的产物可以是酶、激素或者抗体等【解析】选C。由题图可知，性状a、b、c、d受同一种基因产物影响，说明一种基因可以影响和控制多种性状，A正确；性状e受三种基因产物影响，表明多种基因可以影响和控制一种性状，B正确；生物的性状除了受基因控制外，还受环境条件的影响，并非所有基因都能控制表现出相应的性状，C错误；多数酶、有些激素和抗体是蛋白质，可以是基因表达的产物，D正确。【科技情境】美国宇航局(NASA)为了研究太空环境对人基因的影响，利用双胞胎“宇航员Scott·Kelly与Mark·Kelly”做了一个“天地隔离实验”。受试者是同卵双生，有着几乎完全相同的基因组。其中，弟弟Scott被送进国际空间站为期340天，发现其身高增加了5cm(在此之前，兄弟二人身高相同)。为了进一步了解太空环境对人体的影响，研究人员对结束任务的Scott继续进行了长达一年的监测，并对比了他与哥哥Mark的DNA差异。发现尽管兄弟二人的DNA依然相同。但分析显示Scott细胞内甲基化水平明显差异化，或升高或降低。总体而言进入太空后基因表达达到了一个前所未有的高峰。核心素养·情境探究探究：(1)上述资料中，弟弟Scott性状改变的原因是什么？是否可以遗传？(科学思维)提示：环境导致其基因发生甲基化，进而影响基因表达，表型发生差异。可以遗传。(2)上述现象是否只有在太空中才能发生？请举例说明。(科学思维)提示：表观遗传普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的生命活动过程中。例如同卵双胞胎所具有的微小差异、一个蜂群中蜂王和工蜂的差异等。【科技情境】干细胞，是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞。干细胞理论上可以用来再生、替代或者修复人体一些病变的细胞和组织，同时干细胞可以持续分泌各种人体所必需的生长因子/免疫调节因子等，直接刺激、激活人体的自我细胞、组织、器官修复和再生功能，从而达到修复损伤、治疗疾病、延缓衰老的目的。研究表明，可以从脐带血提取干细胞储存起来，为未来再生医学提供“种子”。探究：(1)脐带血中的干细胞与生物体的体细胞基因是否相同？为什么？(科学思维)提示：相同。脐带血中的干细胞与生物体的体细胞均来源于同一个受精卵的有丝分裂，有丝分裂保证了母细胞和子细胞遗传物质的稳定性。(2)干细胞可以用于抗衰老、美容，利用了干细胞的什么特性？(生命观念)提示：利用了干细胞增殖和分化的特点，通过分化形成具有特定功能的机体细胞、组织和器官，替代或者修复人体死亡或受损伤的细胞等。课堂检测·素养达标1.细胞通过精准的调控，实现了基因对性状的控制。下列有关说法，正确的是______。

①基因通过控制蛋白质的合成直接控制生物的性状②同一个体的不同组织细胞中蛋白质种类不完全相同③柳穿鱼花的不同形态是由一对等位基因控制的④DNA的甲基化修饰不能遗传给后代⑤基因能否表达是基因表达调控的唯一方式⑥基因通常是有遗传效应的DNA片段，不同基因之间的作用可能相互影响【解析】选②⑥。基因控制性状的途径包括直接途径和间接途径两种类型，①错误；同一个体的不同组织细胞中蛋白质种类不完全相同，②正确；柳穿鱼花的不同形态是表观遗传现象，不是由一对等位基因控制的，③错误；DNA的甲基化修饰能遗传给后代，④错误；基因表达调控包括基因能否表达以及表达水平的高低，⑤错误；不同基因之间的作用可能相互影响，⑥正确。2.豌豆淀粉分支酶是否异常，会决定豌豆是否产生圆粒和皱粒这对相对性状，这可以说明 ()A.基因型不同，性状一定不同B.基因通过控制酶的合成，控制生物体的性状C.基因通过控制激素的合成，控制生物体的性状D.基因通过控制蛋白质结构，控制生物体的性状【解析】选B。由题干可知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正确。3.下列有关细胞分化的分析中错误的是 ()A.在个体发育过程中，有序的细胞分化能够增加细胞的类型B.从细胞器水平分析，细胞分化是细胞器的种类、数目改变的结果C.细胞分化使各种细胞的遗传物质有所差异，导致细胞的形态和功能各不相同D.从蛋白质角度分析，细胞分化是蛋白质种类、数量改变的结果，这是细胞分化的直接原因【解析】选C。细胞分化的过程中，细胞会在形态、结构等方面发生稳定性差异，故能够增加细胞的类型，A正确；细胞分化的过程中，细胞的功能会出现差异，细胞器的种类、数目均会发生改变，B正确；细胞分化的过程中，各种细胞的核遗传物质不发生改变，C错误；细胞分化的实质是基因的选择性表达，故蛋白质种类、数量的改变是细胞分化的直接原因，D正确。4.同一动物个体的神经细胞与肌细胞在功能上是不同的，造成这种差异的主要原因是 ()A.二者所处的细胞周期不同B.二者所含有的基因组不同C.二者核DNA的复制方式不同D.二者合成的特定蛋白不同【解析】选D。神经细胞和肌细胞都已经高度分化，都没有细胞周期，A错误；神经细胞和肌细胞是由同一个受精卵有丝分裂形成的，都含有相同的遗传物质，B错误；二者核DNA的复制方式相同，都是半保留复制，但这两种细胞都已经高度分化，不再分裂，因此都不会发生核DNA的复制，C错误；神经细胞和肌细胞在功能上不同的原因是基因的选择性表达，即这两种细胞合成的特定蛋白不同，D正确。【误区警示】同一个体不同细胞中有关物质的比较(1)DNA完全相同。(2)RNA不一定相同。(3)蛋白质不一定相同。5.(2019·山东合格考)下列关于基因与性状的关系的叙述，错误的是 ()A.基因与生物性状都是一一对应的关系B.基因可通过控制蛋白质的结构直接控制性状C.基因可通过控制酶的合成来控制代谢进而控制性状D.生物性状既受基因的控制，也受环境条件的影响【解析】选A。一个性状可以受到多个基因的影响，一个基因也可以影响多个性状。6.关于表观遗传的理解，下列说法正确的是 ()的甲基化与环境因素无关的甲基化影响基因的翻译过程C.表观遗传现象不符合孟德尔遗传定律的甲基化导致基因的碱基序列改变【解析】选C。环境因素会影响DNA的甲基化，A项错误；DNA的甲基化影响基因的转录过程，B项错误；表观遗传现象不符合孟德尔遗传定律，C项正确；DNA的甲基化不会导致基因的碱基序列改变，D项错误。7.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。下列相关叙述不正确的是 ()甲基化，会导致基因碱基序列的改变甲基化，会导致mRNA合成受阻甲基化，可能会影响生物的性状甲基化，可能会影响细胞分化【解析】选A。DNA甲基化是指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，A错误；DNA甲基化，会使染色质高度螺旋化，因此失去转录活性，即导致mRNA合成受阻，B正确；DNA甲基化会导致mRNA合成受阻，进而导致蛋白质合成受阻，这样可能会影响生物的性状，C正确；细胞分化的实质是基因的选择性表达，而DNA甲基化会导致mRNA合成受阻，即会影响基因表达，因此DNA甲基化可能会影响细胞分化，D正确。8.(教材“概念检测”改编)研究表明myoD基因在黄颡鱼雌雄成体的心、脑、肌肉等不同组织中均有表达，在肌肉组织中表达量最高。下列分析正确的是 ()基因在肌肉组织中表达量最高，说明肌肉细胞的分化程度最高B.心、脑、肌肉细胞中DNA和RNA相同，但蛋白质种类不一定相同基因在雌