4.2基因表达与性状的关系课件-高一下学期生物人教版（2019）必修2

第四章基因的表达第2节基因表达产物与性状的关系本节聚焦基因如何控制生物体的性状？细胞分化与基因表达有什么关系？表观遗传信息是如何调控基因表达的？怎样理解基因与性状关系的复杂性？问题探讨

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。讨论：

1.这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？

2.这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的？这两种形态的叶，其细胞的基因组成是一样的。这两种叶形的差异，可能是由叶片所处的环境因素引起的我们吃的白萝卜其实是萝卜植株变态发育的根，若一直埋在土壤中生长，其通常是白色的，但如果生长过程中一部分暴

露在土壤外，那一部分将表现出叶一样的绿色。这是为什么？基因控制蛋白质体现性状蛋白质是生命活动的主要承担者怎样控制？叶呈扁平状叶呈丝状一、基因表达产物与性状的关系一、基因表达产物与性状的关系豌豆是圆、皱粒与细胞内淀粉含量密切相关。淀粉含量高的豌豆在成熟时能有效保留水分而变得饱满，淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩。从基因层面上看，皱粒豌豆淀粉含量降低的原因是DNA上插入了一段外来的DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因，导致淀粉分支酶异常，淀粉含量降低。资料1基因控制酶代谢性状控制控制圆粒豌豆的形成机制编码淀粉分支酶的基因正常淀粉分支酶活性正常淀粉合成正常，含量增加淀粉含量高，有效保留水分皱粒豌豆的形成机制编码淀粉分支酶的基因被打乱淀粉分支酶异常，活性降低淀粉合成受阻，含量降低淀粉含量低的由于失水而皱缩基因酶细胞代谢性状一、基因表达产物与性状的关系一、基因表达产物与性状的关系人的白化病①性状对比正常：皮肤颜色正常，毛发为黑色患病：皮肤、毛发为淡白色②基因对比：正常：含有编码酪氨酸酶的基因患病：编码酪氨酸酶的基因异常资料2人的白化症状形成机制编码酪氨酸酶的基因正常酪氨酸酶正常酶将酪氨酸转变为黑色素表现正常编码酪氨酸酶的基因被打乱酪氨酸酶合成异常酪氨酸无法合成黑色素缺乏黑色素表现白化症状基因酶细胞代谢性状一、基因表达产物与性状的关系一、基因表达产物与性状的关系

基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而间接控制生物体的性状。通过以上两则实例，请你分析一下，基因是通过控制什么来进一步控制生物体性状？一、基因表达产物与性状的关系

囊性纤维化是北美白种人常见的一种遗传病，每1800个人中就有一个患者，每25个人中就有一个致病基因携带者。该病的病因是基因的碱基序列缺失了3个碱基，使得所编码的氯离子载体蛋白中少了一个氨基酸，导致细胞对氯离子的转运发生异常，造成黏液分泌过多，堵塞呼吸道，诱发感染。资料3正常气管囊性纤维化气管一、基因表达产物与性状的关系囊性纤维病的发病机理CFTR（蛋白）基因缺失了3个碱基CFTR蛋白结构异常，导致转运功能异常氯离子浓度异常，患者支气管内黏液增多黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染

基因还能通过控制蛋白质的结构来直接控制生物体的性状。一基因表达产物与性状的关系

控制血红蛋白的基因正常血红蛋白结构正常正常红细胞血红蛋白基因碱基序列发生改变血红蛋白蛋白结构异常红细胞形状变为镰刀状，易破裂使人患溶血性贫血镰刀型细胞贫血病基因蛋白质结构功能性状表现正常备用素材一、基因表达产物与性状的关系归纳总结：基因、蛋白质、性状之间的关系（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DNARNA蛋白质转录翻译复制逆转录复制基因酶细胞代谢生物性状结构蛋白生物性状蛋白质间接作用直接作用二、基因的选择性表达与细胞分化同一生物体的不同类型细胞中，基因都是相同的，而形态结构和功能却各不相同，这是为什么?细胞分化二、基因的选择性表达与细胞分化分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果检测的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+++--+细胞中并不是所有的基因都表达，基因的表达存在选择性。（细胞分化的实质—基因的选择性表达。）二、基因的选择性表达与细胞分化1、细胞分化：是基因选择性表达的结果，即在个体发育过程中，不同种类细胞中遗传信息的表达情况不同。管家基因：奢侈基因：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生命活动所必须的。如呼吸酶基因、核糖体蛋白基因等。只在某类细胞中特异性表达的基因，这类基因表达会使细胞在形态、结构和功能上产生稳定的差异。如胰岛素基因、血红蛋白基因等。2、细胞中表达的基因分类：二、基因的选择性表达与细胞分化细胞分化的“不变”与“变”DNA、tRNA、rRNA

①不变细胞的数目②变mRNA、蛋白质的种类细胞的形态、结构和功能第2节基因表达与性状的关系（第二课时）基因什么时候表达？在哪种细胞中表达？表达水平的高低是如何调节的？DNARNA蛋白质转录翻译复制同卵双生的双胞胎虽然具有相同的DNA碱基序列，却存在许多差异。为什么？三、表观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。

其形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。这两株柳穿鱼花体内的Lcyc基因序列相同。资料1三、表观遗传植株A的Lcyc基因在开花时表达，植株B的Lcyc基因不表达。植株B的Lcyc基因不表达的原因

是它被高度甲基化。植株A植株B那植株B这种性状能否遗传到下一代呢？三、表观遗传

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×F1类似植株AF2绝大多部分类似植株A少部分与植株B相似所以DNA甲基化修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表现型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。纯种黄色小鼠与纯种黑色小鼠杂交，子代小鼠基因型为Avya，却表现出黄色和黑色之间的一系列过渡类型。资料2三、表观遗传aaAvyAvy×表现出不同毛色的Avya小鼠三、表观遗传

研究表明，在Avy基因前端有一段特殊碱基序列具有多个可发生DNA甲基化修饰的位点。当没有甲基化时，Avy基因正常表达，小鼠表现为黄色；当发生甲基化时，甲基化程度越高，该基因表达时受到的抑制越明显，小鼠体色体毛的颜色就越深。表现出不同毛色的Avya小鼠5`3`Avy基因决定基因表达水平的序列三、表观遗传上述资料中，柳穿鱼和小鼠性状改变的原因是什么？柳穿鱼花形态改变，

是因为基因的部分碱基被高度甲基化小鼠毛色改变，是因为基因的前端有一段影响基因表达的特殊的碱基序列被甲基化。发生在基因或基因前端的甲基化修饰均导致相关基因的表达受到抑制，进而影响性状。三、表观遗传资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点？皆表现为基因的碱基序列不变，但碱基发生了甲基化修饰，抑制基因的表达，进而对表型产生影响。DNA甲基化修饰可遗传，使后代出现同样表型。三、表观遗传1.定义：

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。

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。2.发生时期：3.

实例：三、表观遗传蜂王和工蜂形态、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甲基化有关三、表观遗传4.

常见的调控机制：①DNA修饰(如甲基化修饰，主要抑制转录)②组蛋白修饰（影响基因表达--转录）③非编码RNA（主要抑制翻译）DNA组蛋白甲基化乙酰化磷酸化三、表观遗传5.

特点：普遍性

受环境影响可遗传性。

这类改变通过有丝分裂或减数分裂，能在细胞个体间遗传。基因表达和表型改变。DNA碱基序列的不变。叶呈扁平状叶呈丝状与社会的联系有研究表明：

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。不仅如此，还有研究发现男性吸烟者的精子活力下降，精子中DNA的甲基化水平明显升高。四、基因与性状之间的关系①一因一效：一个基因→一个性状②多因一效：多个基因→一个性状③一因多效：一个基因→多个性状基因与性状的关系并不是简单的一一对应关系。如红绿色盲、白化病等单基因遗传病。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的作用。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。④生物的性状还受环境条件的影响课堂小结基因指导蛋白质的合成主要表现为基因的表达性状选择性表达影响控制蛋白质的结构（直接）控制酶的合成（间接）细胞分化环境思维训练

果蝇幼虫正常的培养温度为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。请针对高温培养残翅果蝇幼虫得到翅长接近正常的果蝇成虫的原因提出假说，进行解释。残翅果蝇幼虫31℃培养25℃培养25℃培养一、概念检测1．个体的性状和细胞的分化都取决于基因的表达及其调控。

判断下列相关表述是否正确。（1）基因与性状之间是一一对应的关系。（

）（2）细胞分化产生不同类型的细胞，是因为不同类型的细胞内基因的表达存在差异。（

）X√练习与应用

二、拓展应用有人说，“基因是导演，蛋白质是演员，性状是演员的表演作品。”

你认为这种说法有道理吗？为什么？请你整理总结基因、蛋白质和

性状三者之间的关系。三者之间的关系是：基因通过控制蛋白质的合成控制生物体的性状。练习与应用

2.孟德尔通过豌豆杂交实验发现了分离定律和自由组合定律，然而，与他同时代的一些生物学家利用某些植物做一些性状的杂交实验时，并没有得出3:1和9：3：3：1的数量比；孟德尔用山柳菊也未得到与豌豆杂交实验相同的结果。请回答下列问题。（1）为什么利用这些植物进行某些性状的杂交实验时，难以得出3：1和9：3：3：1的数量比？请运用所学知识对可能的原因作出推测。①基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系，存在多对基因控制一对性状和一对基因控制多对性状的情形；②核基因在染色体上呈线性排列，因此这些基因有可能位于同源染色体上，导致这些基因控制的性状不遵循自由组合定律；③某些植物进行无性生殖，性状传递也不遵循孟德尔遗传规律；④个别性状可能是细胞质基因控制或与母本提供的细胞质成分有关。练习与应用（2）你怎样看待科学实验的可重复性？

科学实验必须是可重复的，才能说明实验现象和结果是一种必然规律，而不是偶然发生的。科学实验的可重复性包括两方面：①实验样本量足够大，在相同实验条件下要有足够的重复观察次数；②任何实验结果的可靠性应经得起独立重复实验的考验，重复实验是检查实验结果可靠性的唯一方法。由于生物多样性的存在，不同生物的背景条件隐蔽且不一致（如山柳菊以无性生殖为主），导致生命世界的很多现象具有独特性，不能用统一的定律解释。因此，生命科学实验的可重复性是有一定前提和条件限制的。练习与应用3.某种猫雄性个体有两种毛色：黄和黑；而雌性个体有三种毛色：黄、黑、黑黄相间。分析这种猫的基因，发现控制毛色的基因是位于X染色体上的一对等位基因：