4.2基因表达与性状的关系2表观遗传高一下学期生物人教版必修2

深圳市宝安第一外国语学校（集团）高中部Bao’anNo.1ForeignLanguageSchool（Group）必修2•第四章•基因的表达第2节基因表达与性状的关系（第2课时）探究一：理解DNA甲基化影响基因表达资料1：2型糖尿病患者胰岛素的靶细胞（肌肉、肝脏、脂肪细胞）对于胰岛素的作用不敏感，且胰岛素分泌量下降。经过对患者基因进行测序，发现未发生基因序列的改变，但胰岛、脂肪、骨骼肌和肝脏等组织中发现了一系列相关基因甲基化。其中包括编码胰岛素的基因INS。从图文中提取关键词，用箭头表示INS基因甲基化参与2型糖尿病可能的机制INS甲基化INS的mRNA减少胰岛素合成减少胰岛素分泌减少【探究1】什么是甲基化？它如何影响基因的表达？探究一：理解DNA甲基化影响基因表达资料2：基因启动子富含CG碱基对序列处（CpG岛）的胞嘧啶C甲基化形成5-羟甲基胞嘧啶（5mC），CpG岛的甲基化在空间上阻碍RNA聚合酶与DNA结合。从图文中提取关键词，用流程图表示INS基因甲基化影响其表达的机制探究一：理解DNA甲基化影响基因表达转录被抑制CpG岛甲基化染色质凝缩抑制RNA聚合酶结合DNA如何验证DNA甲基化抑制了转录？INS的mRNA减少检测胰腺细胞中的INS的mRNA含量

探究一：理解DNA甲基化影响基因表达1.参与DNA甲基化调控的酶有哪些？其作用分别是什么？DNA甲基化转移酶（包括维持甲基化酶和从头甲基化酶），使胞嘧啶加上甲基；去甲基化酶，使甲基化的胞嘧啶去掉甲基。探究一：理解DNA甲基化影响基因表达资料3：为研究糖尿病代际遗传机制，科研人员建立雌性小鼠糖尿病模型，将其卵母细胞取出后进行体外受精和胚胎移植，由健康雌鼠代孕代育。结果显示子代小鼠糖耐量受损。经检测，糖尿病雌鼠体内的高糖环境，让卵母细胞中具有的去甲基化酶TET3剂量不足，包括葡萄糖激酶Gck等一系列胰岛素分泌基因的启动子呈现高甲基化状态。子代胰岛中Gck等基因的高甲基化导致了胰岛素分泌不足，降血糖能力下降，随着年龄的增长，增加了糖尿病的易感性。子代患病概率父母皆为患者父亲正常母亲患者父亲患者母亲正常糖尿病50%14%14%红绿色盲100%25%0%糖尿病VS红绿色盲遗传性数据2.环境会影响甲基化吗？会。高糖环境影响卵母细胞中去甲基化酶含量临床十分需要生物标志来预测2型糖尿病并发症及其治疗反应。血液中可以很容易地分析DNA甲基化，一些研究已探究了血细胞中DNA甲基化与疾病的发生密切相关，而这些标志未来有望应用于肥胖和2型糖尿病的精准医疗中。DNA甲基化转移酶抑制剂积极治疗：药物开发3.甲基化能遗传吗？据此提出治疗2型糖尿病的思路。可遗传，但不完全遗传DNA甲基化的特点：1.生物体的碱基序列保持不变2.通过影响转录过程影响了基因表达，进而影响表型3.可以遗传给后代，但不完全遗传4.在酶的作用下调控5.甲基化受环境影响小结除了甲基化，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资料1：组蛋白富含碱性氨基酸，缠绕DNA组成核小体进一步构成染色质，组蛋白N端延伸至核小体外形成一条“尾巴”，其上的一些氨基酸残基在相应酶催化下被化学修饰，包括甲基化、磷酸化、乙酰化等多种形式。探究二：表观遗传的其他调控机制-组蛋白的修饰观看视频，说出组蛋白乙酰化如何影响基因表达1.组蛋白修饰影响基因表达的机制？通过使染色质松散或凝缩从而在转录水平调控基因的表达2.参与组蛋白修饰的酶有哪些？其作用分别是什么？组蛋白乙酰化酶使组蛋白乙酰化，进而使染色质开放；组蛋白去乙酰化酶反之探究二：表观遗传的其他调控机制-组蛋白的修饰资料2：组蛋白修饰可影响胰岛B细胞功能和胰岛素抵抗。其修饰需相关酶如组蛋白乙酰化酶和组蛋白脱乙酰酶的作用组蛋白去乙酰化酶抑制剂积极治疗：药物开发资料2：胰岛素受体启动子区H3K9乙酰化水平与该基因的表达水平呈正相关关系，H3K9的乙酰化水平上调会间接促使胰岛B细胞（能合成分泌胰岛素的细胞）增殖。依据中心法则，基因的表达还能在哪个方面被调控呢？翻译水平调控基因的表达3.据此提出治疗2型糖尿病的思路促进组蛋白乙酰化（酶）资料1：miR-375是最早被证实与糖尿病相关的非编码RNA，高表达于胰腺组织，且胰岛B细胞中过高的miR-375水平会抑制胰岛素的分泌，但过低的miR-375水平又会导致胰岛B细胞（可分泌胰岛素）数量下降，即控制胰岛B细胞增殖与功能的平衡。DNADNAmRNA非编码RNA蛋白质阻止翻译(抑制基因表达)互补配对如下图所示的一种非编码RNA1.据图回答，miR-375如何影响胰岛素的分泌？探究三：表观遗传调控机制——非编码RNA干扰miR375与编码胰岛素的mRNA互补配对，阻止翻译，从而抑制基因表达资料2：微小RNA（miRNA）是一类由内源基因编码的非编码单链小分子RNA，研究表明miRNA可导致基因“沉默”，是参与细胞表观遗传调控的重要分子。miRNA的产生和作用机制如图。资料1：miR-375是最早被证实与糖尿病相关的非编码RNA，高表达于胰腺组织，且胰岛B细胞中过高的miR-375水平会抑制胰岛素的分泌，但过低的miR-375水平又会导致胰岛B细胞（可分泌胰岛素）数量下降，即控制胰岛B细胞增殖与功能的平衡。DNADNAmRNA非编码RNA蛋白质阻止翻译(抑制基因表达)互补配对如下图所示的一种非编码RNA2.推测患者体内的miR-375表达量？3.结合该机制提出治疗糖尿病思路探究三：表观遗传调控机制——非编码RNA干扰患者miR375要么过高直接使胰岛素分泌下降，要么过低使胰岛B细胞数量下降从而减少胰岛素分泌量检测患者miR-375水平，进而抑制或促进其表达资料2:科学家依据miRNA作用机制发明了双链RNA干扰技术，向糖尿病模型小鼠体内注射DNA甲基化转移酶（DNMT）基因的miRNA，测定72h内细胞中DNMTmRNA含量和DNMT3活性，结果如下表分析回答：本实验中，自变量是

，

因变量是

胰岛、脂肪、骨骼肌和肝脏等组织中发现了一系列相关基因甲基化。注入miRNA与否，时间探究三：表观遗传调控机制——非编码RNA干扰DNMT的mRNA含量和DNMT的含量分组及检测指标24h48h72h对照组DNMTmRNA含量（相对）35.333.330.2酶促反应速率(mmol/min)0.400.380.36实验组DNMTmRNA含量（相对）28.315.45.7酶促反应速率(mmol/min)0.260.110.02注：酶促反应速率与DNMT含量正相关资料2:科学家依据miRNA作用机制发明了双链RNA干扰技术，向糖尿病模型小鼠体内注射DNA甲基化转移酶（DNMT）基因的miRNA，测定72h内细胞中DNMTmRNA含量和DNMT3活性，结果如表分组及检测指标24h48h72h对照组DNMTmRNA含量（相对）35.333.330.2酶促反应速率(mmol/min)0.400.380.36实验组DNMTmRNA含量（相对）28.315.45.7酶促反应速率(mmol/min)0.260.110.02抑制探究三：表观遗传调控机制——非编码RNA干扰结论是通过注射DNA甲基化转移酶（DNMT）基因的miRNA，（抑制或促进）了DNA甲基化，且随着作用时间延长，

，从而缓解因相关基因甲基化而导致的糖代谢紊乱症状。注：酶促反应速率与DNMT含量正相关miRNA作用效果增强治疗前沿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，叫做表观遗传。DNAmRNA蛋白质性状转录翻译体现碱基序列不变DNA甲基化组蛋白修饰（甲基化、乙酰化）非编码RNA干扰可遗传影响影响表观遗传表观遗传酶非编码DNA序列生物体的性状是由遗传物质和作用与遗传物质的表观遗传调控机制等因素决定的环境因素对表观遗传的影响环境对性状的影响有哪些方式？都能遗传吗？1.直接影响性状，不影响遗传物质2.通过使遗传物质碱基序列改变从而影响性状3.通过影响表观遗传进而影响性状经典遗传、表观遗传、环境等对表型的影响DNAmRNA蛋白质性状转录翻译体现经典遗传表观遗传调控环境影响影响2.表观遗传：碱基序列不变，引起的性状变化可遗传3.仅由环境变化引起的性状变化，不可遗传1.经典遗传：碱基序列改变，引起的性状变化可遗传课堂小结影响酶结构蛋白思维训练P75遗传学家做过这样的实验：果蝇幼虫正常的培养温度是25℃，将刚孵化的残翅果蝇幼虫放在31℃的环境中培养，得到了一些翅长接近正常的果蝇成虫，这些翅长接近正常的果蝇在正常环境温度下产生的后代仍然是残翅果蝇。分析以上实验内容，下列说法不正确的是（）A．将刚孵化的残翅果蝇幼虫放在25℃的环境中培养，成虫仍将是残翅B．上述果蝇翅形变化的现象属于表观遗传C．这种实验现象可能是温度影响了酶的活性造成的D．果蝇的翅形是基因和环境共同作用的结果B解密——柳穿鱼花形态结构的遗传

柳穿鱼是一种园林花卉。如图所示的两株柳穿鱼，除了花的形态结构不同，其他方面基本相同。

柳川鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。如图所示的两株柳穿鱼，它们体内的Lcyc基因的序列相同，只是植株A的Lcyc基因在开花时表达，植株B的Lcyc基因不表达。研究表明，植株B的Lcyc基因不表达的原因是它被高度甲基化了。科学家将这两个植株作为亲本进行杂交，F1的花与植株A的相似，F1自交的F2中，绝大部分植株的花与植株A的相似，少部分植株的花与植株B的相似。植株A植株B(1)植株B的Lcyc基因因高度甲基化而不能与RNA聚合酶结合，直接导致Lcyc基因的

（填“转录”或“翻译”）过程受阻。Lcyc基因高度甲基化

（填“属于”或“不属于”）基因突变。(2)根据植株A和B的杂交实验结果分析：①F1植株的花形态结构与植株A相似的原因是

②Lcyc基因的甲基化可以遗传给后代，判断的依据③若Lcyc基因甲基化不影响植株雌、雄配子功能及个体存活率，F2植株中花形态结构为唇形花冠与辐射状花冠的植株数量比例偏离3：1的原因可能是只有一部分高度甲基化的Lcyc基因遗传给了后代F2中有些植株的花与植株B的相似F1中未甲基化的Lcyc基因能表达转录不属于解密——柳穿鱼花形态结构的遗传某品系小鼠的毛色受A基因控制，A基因上游一段序列的甲基化程度影响A基因表达，甲基化程度越高、小鼠毛色越深。为证明“孕期过量饮酒可以通过改变表观遗传修饰影响后代表型”，研究人员利用该品系小鼠设计了以下实验。组别实验动物及相关处理检测指标实验组若干刚受孕的雌鼠，每天摄入一定量