2024-2025学年高中生物课件（人教版2019）必修二5-1基因突变和基因重组

§5-1基因突变和基因重组基因突变及其他变异航天育种的生物学原理是什么？问题探讨我国早在1987年就利用返回式卫星进行航天育种研究：将作物种子带入太空，利用太空中的特殊环境诱导基因发生突变，然后在地面选择优良的品种进行培育。通过航天育种，我们已在水稻、小麦、棉花、番茄、南瓜和青椒等作物上培育出一系列优质品种，取得了极大的经济效益。讨论通过太空高辐射、微重力（或无重力）的特殊环境提高作物基因突变的频率，从而筛选出人们需要的品种。具体而言，在太空的特殊环境中，细胞分裂进行DNA复制时，由于受到高辐射或微重力（或无重力）的影响，配对的碱基容易出现差错而发生基因突变。航天育种成果展如何看待基因突变所造成的结果？问题探讨我国早在1987年就利用返回式卫星进行航天育种研究：将作物种子带入太空，利用太空中的特殊环境诱导基因发生突变，然后在地面选择优良的品种进行培育。通过航天育种，我们已在水稻、小麦、棉花、番茄、南瓜和青椒等作物上培育出一系列优质品种，取得了极大的经济效益。讨论基因突变的本质是基因的碱基序列发生改变，这种改变可以直接表现在性状上，改变的性状对生物的生存可能有害，可能有利，也可能既无害也无益。航天育种成果展基因突变的病例镰状细胞贫血（镰刀型细胞贫血症）症状：是一种遗传病，红细胞由中央微凹的圆饼状变成了弯曲的镰刀状，这样的红细胞易破裂、使人患溶血性贫血，严重时会导致死亡。基因突变的病例缬氨酸组氨酸亮氨酸苏氨酸脯氨酸缬氨酸谷氨酸赖氨酸异常血红蛋白部分氨基酸序列正常血红蛋白和异常血红蛋白中的部分氨基酸序列发生了什么变化？正常血红蛋白部分氨基酸序列血红蛋白分子的部分氨基酸序列缬氨酸组氨酸亮氨酸苏氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸赖氨酸红细胞的主要成分是血红蛋白，对患者红细胞中血红蛋白分子的分析发现：谷氨酸→缬氨酸思考Thinking氨基酸的变化是编码血红蛋白的基因的碱基序列发生改变所引起的。请查密码子表，对比找出谷氨酸转变成缬氨酸时密码子发生的变化，并推导出基因的变化。基因突变的病例思考Thinking21种氨基酸的密码子表第一个碱基第二个碱基第三个碱基UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸酪氨酸酪氨酸终止终止半胱氨酸半胱氨酸终止、硒代半胱氨酸色氨酸UCAGC亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸组氨酸组氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸（起始）苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺赖氨酸赖氨酸丝氨酸丝氨酸精氨酸精氨酸UCAGG缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸、甲硫氨酸(起始)丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG基因突变的病例缬氨酸的密码子GUA、GUC、GUA、GUG谷氨酸的密码子GAA、GAG

GAA→GUA或GAG→GUGGAGGUGCCTAGGCCAGGTDNAmRNA谷氨酸缬氨酸氨基酸正常异常蛋白质若编码蛋白质的基因的碱基发生替换，一定会引起氨基酸的种类发生改变吗？为什么？基因突变思考Thinking

除上述情况外，编码蛋白质的基因的碱基发生替换，还会引起哪些后果？基因突变思考Thinking基因突变如果这个基因发生碱基的增添或缺失，氨基酸序列是否也会改变？所对应的性状呢？思考ThinkingGUGCACCUGACUCCUGGGAGGAAA……GTGCACCTGACTCCTGGGAGGAAATGCACGGACTTTTTGGGAACCCCC……基因突变氨基酸序列mRNA中的碱基序列DNA中的碱基序列①②讨论如果①处或②处增添了1对或2对碱基，那么通过转录和翻译，得到的氨基酸序列会发生什么变化？所对应的性状呢？如果①或②处的后面缺失了1对或2对碱基呢？缬氨酸组氨酸亮氨酸苏氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸赖氨酸……基因突变GUGCACCUGACUCCUGGGAGGAAA缬氨酸组氨酸亮氨酸苏氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸赖氨酸GTGCACCTGACTCCTGGGAGGAAATGCACGGACTTTTTGGGAACCCCC氨基酸序列mRNA中的碱基序列DNA中的碱基序列①②讨论如果①处或②处增添了3对碱基呢？①或②处的后面缺失了3对碱基呢？………………引起基因突变的定义DNA分子碱基的替换基因碱基序列改变碱基的增添碱基的缺失对象变化内容结果发生基因突变的类型生殖细胞突变将遵循遗传规律传递给后代体细胞突变一般不能遗传，如癌变。配子中发生基因突变体细胞中发生基因突变有些植物可以通过无性生殖遗传类型【思考·讨论】结肠癌发生的原因1.从基因角度看，结肠癌发生的原因是什么？结肠癌是一种常见的消化道恶性肿瘤，下图是解释结肠癌发生的简化模型，请观察并回答问题。从基因角度分析，结肠癌发生的原因是相关基因（包括抑癌基因Ⅰ、原癌基因、抑癌基因Ⅱ、抑癌基因Ⅲ）发生了突变。讨论正常结肠上皮细胞癌癌细胞转移抑癌基因Ⅰ突变原癌基因突变抑癌基因Ⅲ突变抑癌基因Ⅱ突变【思考·讨论】结肠癌发生的原因2.健康人的细胞中存在原癌基因和抑癌基因吗？结肠癌是一种常见的消化道恶性肿瘤，右图是解释结肠癌发生的简化模型，请观察并回答问题。健康人的细胞中存在原癌基因和抑癌基因。讨论正常结肠上皮细胞癌癌细胞转移抑制基因Ⅰ突变原癌基因突变抑制基因Ⅲ突变抑制基因Ⅱ突变【思考·讨论】结肠癌发生的原因3.根据图示推测，癌细胞与正常细胞相比，具有哪些明显的特点？结肠癌是一种常见的消化道恶性肿瘤，右图是解释结肠癌发生的简化模型，请观察并回答问题。呈球形、增殖快、容易发生转移等。讨论正常结肠上皮细胞癌癌细胞转移抑制基因Ⅰ突变原癌基因突变抑制基因Ⅲ突变抑制基因Ⅱ突变细胞的癌变的机理表达蛋白质细胞正常生长和增殖所必需表达蛋白质人和动物细胞DNA抑制细胞正常生长和增殖促进细胞凋亡细胞癌变突变相应蛋白质活性减弱或失去活性导致突变或过量表达相应蛋白质活性过强导致原癌基因存在抑癌基因存在癌细胞的特征能够无限增殖，形态结构发生显著变化，细胞膜上的糖蛋白等物质减少，细胞之间的黏着性显著降低，容易在体内分散和转移，等等。细胞癌变的预防在日常生活中应远离致癌因子选择健康的生活方式基因突变的原因物理因素：例如，紫外线、X射线及其他辐射能损伤细胞内的DNA。化学因素：亚硝酸盐、碱基类似物等能改变核酸的碱基。生物因素：某些病毒的遗传物质能影响宿主细胞的DNA，等等。1927年，美国遗传学家缪勒果蝇玉米、大麦突变体数量大大增加X射线照射X射线和γ射线照射结果结果实验环境诱发(外因)自发产生(内因)诱发突变、提高变异频率的因素此后发现因素：在没有外来因素的影响时，基因突变会由于DNA复制偶尔发生错误等原因自发产生。基因突变的特点普遍性随机性和不定向性低频性原因：自然界中诱发基因突变的因素很多，而且基因突变也会自发产生。原因：DNA碱基组成的改变是随机的、不定向的。表现：随机性：基因突变的随机性，表现为基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期；可以发生在细胞内不同的DNA分子上，以及同一个DNA分子的不同部位。不定向性：表现为一个基因可以发生不同的突变，产生一个以上的等位基因。在自然状态下，基因突变的频率是很低的。有害性基因突变有些对生物体有害（原因是可能破坏生物体与现有环境的协调关系），有些对生物体是有利的，有些无害也无益，是中性的。基因突变的意义意义产生新基因的途径生物变异的根本来源生物进化的原材料更好适应环境产生新的生物类型原材料基因突变的应用诱变育种利用物理因素（如紫外线、X射线等）或化学因素（如亚硝酸盐等）处理生物，使生物发生基因突变。方法可以提高突变率，创造人类需要的生物新品种。特点用辐射方法处理大豆，选育出含油量高的大豆品种。举例时期：减数分裂I后期基因重组的类型染色体行为：非同源染色体自由组合基因行为：非等位基因自由组合结果：产生不同配子，受精结合产生不同基因型的后代，从而变异。遗传规律：基因的自由组合定律染色体间的基因重组图解时期：减数分裂I四分体时期基因重组的类型染色体行为：同源染色体间的非姐妹染色单体的互换基因行为：等位基因的交换结果：产生不同配子，受精结合产生不同基因型的后代，从而变异。遗传规律：基因的连锁交换定律染色