4.2基因表达与性状的关系课件高一下学期生物人教版必修2

4.2基因表达与性状的关系第四章

基因的表达教学目标：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？表观遗传信息是图和调控基因表达的？怎样理解基因与性状关系的复杂性？4问题探讨：

橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳，叶徒相似，其实味不同。所以然者何？水土异也。”像这种随环境不同，生物性状发生改变的例子非常普遍。1.为什么相同的生物在不同的环境中会出现性状差异？2.基因、蛋白质、性状三者间究竟有怎样的关系？问题探讨：水毛茛

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。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？一样的，都有受精卵发育而来。外部环境差异引起的。一、基因表达产物与性状的关系1.基因表达的产物是

，其与性状的关系：①基因通过控制其表达产物

的

直接控制生物体的性状；【资料1】囊性纤维化的发病机理正常气管囊性纤维化气管气流大小气流大小蛋白质蛋白质结构缺失了三个碱基对Phe空间结构Cl-控制控制基因蛋白质结构生物性状一、基因表达产物与性状的关系1.基因表达的产物是

，其与性状的关系：①基因通过控制其表达产物

的

直接控制生物体的性状；【资料2】镰刀型细胞贫血症血液正常流动阻碍血液流动正常红细胞镰刀状红细胞控制控制基因蛋白质结构生物性状蛋白质蛋白质结构替换谷缬空间结构发生改变异常镰刀一、基因表达产物与性状的关系1.基因表达的产物是

，其与性状的关系：②基因通过控制

的

来控制

，进而控制生物体的性状。【资料3】豌豆的圆粒与皱粒蛋白质酶合成代谢过程控制控制基因酶的合成代谢过程生物性状控制外来DNA插入圆粒豌豆DNA皱粒豌豆DNA淀粉分支酶淀粉高保留DNA片段异常大大降低受阻降低失一、基因表达产物与性状的关系1.基因表达的产物是

，其与性状的关系：②基因通过控制

的

来控制

，进而控制生物体的性状。【资料4】白化病蛋白质酶合成代谢过程控制控制基因酶的合成代谢过程生物性状控制畏光毛发及皮肤呈白色酪氨酸酶酪氨酸酪氨酸黑色素黑色素1.孟德尔曾经研究过豌豆种子的圆粒与皱粒。豌豆成熟时，淀粉含量高的豌豆能有效地保留水分。皱粒豌豆的DNA中插入了一段外来DNA

序列打乱了编码淀粉分支酶的基因，导致淀粉分支酶出现异常，活性大大降低。下列叙述错误的是（

）A.豌豆的圆粒与皱粒是一对相对性状B.豌豆粒中水可与淀粉结合成为结合水C.淀粉分支酶的作用是催化淀粉水解D.该实例体现基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体性状练习与应用C2.囊性纤维化是一种单基因遗传病，患者的CFTR

蛋白(细胞膜上转运氯离子的载体蛋白，由CFTR基因控制合成)功能异常。下列关于囊性纤维化的叙述，错误的是（

）A.该疾病在遗传过程中遵循孟德尔的分离定律B.该疾病表明基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状C.该疾病患者体内有结构发生改变的CFTR

基因D.CFTR

基因表达的产物无须加工即可具有相应功能练习与应用D3.如图为人体中基因对性状控制过程示意图，据图分析无法得出的是（

）A.过程①需要DNA

单链作模板，葡萄糖作为能源物质为其直接供能B.过程①②都主要发生在细胞核中，且遵循的碱基互补配对方式相同C.基因1与基因2对性状的控制方式相同D.基因1通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状练习与应用ABC二、基因的选择性表达与细胞分化

人是由受精卵发育来的，受精卵经过分裂形成多个细胞，进而形成不同类型的细胞，如红细胞、神经细胞、肌肉细胞等。①这个过程我们称为什么？②这些细胞的基因是否相同？③这些不同类型细胞的结构和功能都不相同。可能的原因是什么？细胞分化相同基因的选择性表达二、基因的选择性表达与细胞分化【资料1】分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果①这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？②分析表格你能得出什么结论？③三种细胞中的mRNA种类相同吗？tRNA和rRNA呢？④是不是这三类细胞中表达的基因完全不相同？如不是，请举例说明。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+++--+都能合成特异性蛋白。特定细胞特异性表达特异性蛋白质。mRNA种类数量一般不同，t&rRNA一般相同。不是。控制细胞基本生命活动的基因在所有细胞中都能表达。二、基因的选择性表达与细胞分化①管家基因：

的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的，如：

、

；②奢侈基因:

的基因，赋予各种细胞特异的形态结构与功能，如：

、

。所有细胞中均要稳定表达的核糖体蛋白基因ATP合成酶基因只在某类细胞中特异性表达卵清蛋白基因胰岛素基因二、基因的选择性表达与细胞分化干细胞红细胞脂肪细胞心肌细胞小肠上皮细胞软骨细胞上皮细胞神经元1.细胞分化的实质：

；2.思考：在细胞分化的过程中，DNA、tRNA、rRNA、mRNA、蛋白质的种类哪个会发生改变？基因的选择性表达不变：DNA、tRNA、rRNA、细胞数目变：mRNA、蛋白质的种类、细胞的形态、结构和功能

练习与应用C5.科学家研究发现，细胞中基因有些表达，有些不表达。在不同类型的细胞中，表达的基因大致分为两类：一类是管家基因，即在所有细胞中都表达的基因，其产物是维持细胞基本代谢所必需的；另一类是奢侈基因，即只在某类细胞中特异性表达的基因。下列有关叙述错误的是（

）A.同一个体不同细胞含有的奢侈基因不同B.呼吸酶、ATP水解酶相关基因为管家基因C.细胞分化的本质是奢侈基因的选择性表达D.已高度分化的细胞，一般不能转化为其他类型细胞练习与应用A三、表观遗传Lcyc基因在开花时表达Lcyc基因不表达植株A植株B【资料1】柳穿鱼是一种园林花卉。下图所示的两株柳穿鱼，除了花的形态不同，其他方面基本相同。柳穿鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。图中所示的两株柳穿鱼，它们体内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（Lcyc基因有多个碱基连接甲基基团）了。拓展：DNA甲基化修饰①DNA甲基化DNA的碱基序列

，但部分碱基发生了甲基化修饰。没有发生变化CH3甲基化SAMSAHCH3胞嘧啶5-甲基胞嘧啶拓展：DNA甲基化修饰胞嘧啶甲基化C5'

CGG3'

3'

5'

C5'

CGG3'

3'

5'

CH3CH3②DNA甲基化通常是碱基

发生甲基化修饰；③DNA甲基化通常是

基因表达；④除了DNA甲基化，构成染色体的

发生甲基化、

化等修饰也会影响基因的表达。胞嘧啶抑制组蛋白乙酰三、表观遗传【资料1】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：Lcyc开花时表达植株B：Lcyc不表达×绝大部分少部分F1F2⊗PF1中含有甲基化的Lcyc基因，Lcyc基因的甲基化可以遗传，并影响植株的性状。思考：1.柳穿鱼性状改变的原因是什么？2.F1的花为什么与植株A的相似？在F2中为什么有些植株的花与植株B的相似？3.杂交试验的结果说明什么？三、表观遗传【资料2】某种实验小鼠的毛色受一对等位基因Avy和a的控制，Avy为显性基因，表现为黄色体毛，a为隐性基因，表现为黑色体毛。将纯种黄色体毛的小鼠与纯种黑色体毛的小鼠进行杂交，F1小鼠的基因型都是Avya，却表现出不同的毛色：介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型。表现出不同毛色的Avya小鼠黄毛鼠：AvyAvy黑毛鼠：aa×不同毛色AvyaF1P三、表观遗传【资料2】研究表明，在Avy基因的前端（或称“上游”）有一段特殊的碱基序列决定着该基因的表达水平，这段碱基序列具有多个可发生DNA甲基化修饰的位点。当这些位点没有甲基化时，Avy基因正常表达，小鼠就表现为黄色；当这些位点甲基化后，Avy基因的表达就受到抑制。这段碱基序列的甲基化程度越高，Avy基因的表达受到的抑制就越明显，小鼠体毛的颜色就越深。思考：1.小鼠性状改变的原因是什么？2.总结资料1和2展示的遗传现象的共同点之处。碱基序列

，部分碱基发生了

修饰基因的表达表型

，并影响后代表现没有发生变化甲基化抑制影响可遗传三、表观遗传1.概念：生物体

，但基因表达和表型发生

的现象。2.时间：

。3.特点：

、

、

。

4.常见的调控机制：①

甲基化；②组成染色体的

发生甲基化、

化等。5.实例：

、

、

、

等。

基因的序列保持不变可遗传变化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DNA序列不变可遗传受环境影响有研究表明，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。DNA组蛋白乙酰柳穿鱼花形遗传某小鼠毛色遗传三、表观遗传同卵双胞胎也存在微小差异蜂王和工蜂的差异：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三、表观遗传

练习与应用BD四、基因与性状的关系

在大多数情况下，基因与性状的关系并不是简单的关系。①基因的特异性：

，如：

；②多基因效应：

，如：

；③基因的多效性：

，如：

。

、

、

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而又繁而有