生物人教版（2023）必修2 4.2基因表达与性状的关系（共25张ppt）

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4.2基因表达与性状的关系

转录

DNA

RNA

翻译

蛋白质

逆转录

需逆转录酶

复制

脱氧核苷酸序列

遗传信息

核糖核苷酸序列

遗传密码

氨基酸序列

基因

指导合成

蛋白质

体现

性状

如何控制？

知识回顾

结合教材第71页图4-9,阅读相关内容,请仔细分析下面的实例，说说基因是如何控制生物性状的？

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。

浮在水面上的叶子是宽阔的五边形或者手掌形，而沉在水中的叶子则变成了细细的丝状叶。

1、这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？

2、两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的？

问题探讨

空气中的叶

浸在水中中的叶

叶呈扁平状

叶呈丝状

可能是由叶片所处的环境因素引起的。

相同，应为这两种细胞都是有同一个受精卵通过增殖和分化而来，而增殖和分化过程中遗传物质不变。

______淀粉分支酶

__________________

淀粉含量_____

淀粉________，含量降低

豌豆能有效地保留水分，十分饱满

___________________

正常的淀粉分支酶基因

被插入的DNA序列打乱的异常淀粉酶基因

正常的

异常的淀粉分支酶（活性大大降低）

丰富

合成受阻

豌豆由于失水而皱缩

实例一：豌豆的圆粒和皱粒

皱粒豌豆

圆粒豌豆

圆粒豌豆的形成机制

皱粒豌豆的形成机制

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

基因

酶的合成

控制

生物性状

控制

控制

代谢过程

一.基因表达产物与性状的关系

表达

表达

编码酪氨酸酶的基因正常

酪氨酸转化为黑色素

酪氨酸酶合成（正常）

表现正常

正常人

白化病人

编码酪氨酸酶的基因异常

酪氨酸不能转化为黑色素

酪氨酸酶（不能合成）

缺乏黑色素，表现为白化

基因

酶的合成

控制

生物性状

控制

控制

代谢过程

控制

催化

控制

催化

实例二：白化病

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

编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基

编码CFTR蛋白的基因

第508位缺少苯丙氨酸

CFTR蛋白片段

CFTR蛋白结构异常

CFTR蛋白功能(转运氯离子)异常

囊性纤维化（支气管黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量繁殖，肺功能严重受损）

实例三：囊性纤维病形成机制

基因

生物性状

控制

控制

蛋白质的结构

基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状

编码血红蛋白的

基因中一个碱基对变化

血红蛋白的结构发生变化

红细胞成镰刀型

容易破裂，患溶血性贫血

实例四：镰刀型细胞贫血症形成机制

基因

生物性状

控制

控制

蛋白质的结构

基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状

一.基因表达产物与性状的关系

1.基因通过控制来控制，进而控制生物体的性状。

酶的合成

代谢过程

2.基因还能通过控制来控制生物体的性状。

蛋白质的结构

直接

间接控制

直接控制

基因控制性状的两种途径——归纳总结

例如：豌豆的圆粒和皱粒、白化病等

例如：囊性纤维病、镰刀型细胞贫血症等

1、下图为豌豆种子圆粒性状的产生机制。下列叙述错误的是

A．过程a的完成需RNA聚合酶参与

B．过程b中碱基互补配对的方式包括A—U和C—G

C．若基因R发生碱基对的替换，仍可能会形成圆粒豌豆

D．图示表明基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状

D

学以致用

细胞中并不是所有的基因都表达，基因的表达存在选择性

检测的3种细胞卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因卵清蛋白mRNA珠蛋白mRNA胰岛素

mRNA

输卵管细胞++++--

红细胞+++-+-

胰岛细胞+++--+

分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果

思考：3种细胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因，但只检测到其中一种基因的mRNA，这一事实说明了什么？

二.基因的选择性表达与细胞分化

细胞分化的本质就是基因的选择性表达。

表达的基因分类

管家基因

所有细胞中都表达的基因，这类基因指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的，如核糖蛋白基因、ATP合成酶基因。

奢侈基因

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。

细胞的分化

二.基因的选择性表达与细胞分化

相同基因

不同的

蛋白质

基因

选择性表达

不同类型的细胞

表现

不同的

mRNA

合成

基因的选择性表达如何实现？

细胞形态结构不同

细胞器种类和数量不同

基因的选择性表达与基因表达的调控有关。

二.基因的选择性表达与细胞分化

细胞分化的“不变”与“变”

DNA

①不变

细胞的数目

②变

mRNA、蛋白质的种类

细胞的形态、结构和功能

2、如图为人体内基因对性状的控制过程，下列相关叙述正确的是

A.基因1和基因2可出现在人体内的同一个细胞中

B.图中①过程需RNA聚合酶的催化，②过程需tRNA的催化

C.④⑤过程形成的结果存在差异，根本原因是血红蛋白结构的不同

D.①②③和①②④⑤过程均体现出基因通过控制蛋白质的结构直接控制人体的性状

A

三、基因与性状的关系

1.基因决定生物性状

①一个基因一种性状

控制

②一个基因多种性状

控制

③多个基因一种性状

控制

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。

基因与性状并不是简单的一一对应的关系

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。

三、基因与性状的关系

25℃下培养

它们产生的后代

如后天的营养和体育锻炼等对人的身高也有重要作用。

如刚孵化的残翅果蝇幼虫

31℃下培养

得到了一些翅长接近正常的果蝇成虫

残翅果蝇

2.生物性状还会受到环境等条件的影响

基因型+环境影响=表型

A植株：Lcyc基因在开花时表达

B植株：Lcyc基因在开花时不表达

原因

Lcyc基因被高度甲基化

（Lcyc基因有多个碱基连接甲基基团）

A、B两植株体内Lcyc基因的序列相同

两侧对称

辐射对称

植株B

植株A

三、表观遗传

资料1：

植株A

植株B

P：

X

花与A相似

F1：

F2：

×

大部分与A相似

少部分与B相似

Lcyc基因的甲基化可遗传.

特点1

植株A的Lcyc基因能够表达，表现为显性；

植株B的Lcyc基因由于部分碱基被甲基化,基因表达受到抑制，表现为隐性；

三、表观遗传

表现出不同毛色的Avya小鼠

资料2：小鼠毛色受等位基因Avy和a的控制，Avy为显性，表现为黄色；a为隐性，表现为黑色体毛。

aa

AvyAvy

×

P：

F1：

Avya

三、表观遗传

5`

3`

Avy基因编码序列

决定基因表达水平的序列

无甲基化

不同程度甲基化

甲基化程度最高

Avy基因不受抑制

黄色鼠

Avy基因高表达

Avy基因受抑制最高

黑色鼠

Avy基因不表达

Avy基因受不同抑制

Avy基因低表达

介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型

问题:从上述现象可以看出小鼠性状改变的原因是什么？

DNA甲基化抑制了基因的表达！

DNA甲基化后碱基序列不改变

特点2

1、概念：

三、表观遗传

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。

2.发生时间：

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，叫作表观遗传。

3、实例

蜂王和工蜂都由受精卵发育而来，但它们在形态、结构、生理和行为等方面截然不同。

基因组成相同的同卵双胞胎具有的微小差异就与表观遗传有关。

三、表观遗传

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，还有研究发现，吸烟可使男性精子活力下降，精子中DNA的甲基化水平明显升高。

拒绝吸烟

表观遗传受环境影响

特点3

三、表观遗传

③受环境影响；

②可遗传；

①DNA碱基序列不变；

4、特点：

①DNA甲基化

调控

基因表达

表型改变

②组蛋白甲基化

③组蛋白乙酰化

(主要抑制转录)

（影响基因表达）

5、表观遗传常见的机制：

表达产物

基因

环境

基因

精确调控

生物体性状

基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，这种相互作用形成了一个错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。

四、基因与性状的关系

五、总结

间接作用：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。