三维设计 生物学 必修2(人教版适用) 教用 第4章 基因的表达

第4章基因的表达eq\a\vs4\al()解读章首图文培养学习志向·勇担社会责任章引言第一段承接第3章，首先说明DNA结构和基因本质的揭示极大地促进了生物学的研究，并提出“基因又是如何起作用的呢？”的问题，以此激发我们继续探究的兴趣，而这个问题既是本章的中心问题，也是理解基因的本质后会产生的疑问。接下来，章引言以转入苏云金杆菌抗虫蛋白基因的转基因棉创设情境，并说明转入的是基因，得到的却是蛋白质，简单回答了基因如何起作用的问题。然后，章引言给出了基因的表达的概念，呼应了本章标题。最后，章引言继续设问，3个问题分别指向本章的重要概念和学科核心素养。例如，“基因的表达过程是怎样的？”指向本章的重要概念；“为什么一种生物的基因能在另一种生物中表达呢？”“各种生物的基因表达过程有什么共同点呢？”则指向了生物进化观。由此可见，章引言围绕着重要概念和学科核心素养创设情境、设计问题，而层层递进的问题设计引导我们思考，进一步激发我们学习新知识的欲望。与章引言凸显基因的表达相呼应的，是一幅呈现基因表达全过程(包括转录和翻译过程)的章题图。这幅图展示了分别发生在细胞核和细胞质中的转录和翻译过程，以及正在通过核孔的mRNA、正在运输氨基酸的tRNA。不仅显示了基因表达的动态过程，还渗透了结构与功能相适应的生命观念。构图设计与深邃的星空相似，增加了分子水平上基因表达的神秘感，有利于激发同学们学习的兴趣和展开丰富的想象。章首页的小诗言简意赅地阐明了基因表达的意义和特点，提示我们思考生命为什么如此和谐与统一，为形成生命是物质、能量和信息的统一体的生命观念作铺垫。通过阅读章首页，同学们可以初步建立遗传信息的传递和表达是一个动态过程的基本认识。eq\a\vs4\al()理清本章架构初识概念体系·具备系统思维第1节基因指导蛋白质的合成学有目标——课标要求必明记在平时——核心语句必背1.比较DNA与RNA的区别，说明RNA适于作DNA信使的原因。2.概述遗传信息的转录和翻译的过程及特点。3.计算DNA碱基数目、RNA碱基数目与氨基酸数目之间的对应关系。4.阐明中心法则的具体内容。5.基于地球上几乎所有的生物共用一套遗传密码的事实，认同当今生物可能有着共同的起源。1.RNA有三种：信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)。2.转录的主要场所是细胞核，条件是模板(DNA的一条链)、原料(4种核糖核苷酸)、酶(RNA聚合酶)和能量。3.翻译的场所是核糖体，条件是模板(mRNA)、“搬运工”(tRNA)、原料(21种氨基酸)、酶和能量。4.中心法则图解：【主干知识梳理】一、RNA的结构与种类1．RNA的结构2．RNA与DNA的比较比较项目DNARNA组成单位基本组成单位不同脱氧核苷酸核糖核苷酸五碳糖不同脱氧核糖核糖碱基不同特有的是胸腺嘧啶(T)特有的是尿嘧啶(U)结构不同规则的双螺旋结构一般为单链3．RNA的种类及其作用(1)(2)(3)二、遗传信息的转录1．概念图解2．过程三、遗传信息的翻译1．密码子(1)概念：mRNA上决定1个氨基酸的eq\a\vs4\al(3)个相邻的碱基。(2)eq\a\vs4\al(种类,共64种)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(起始密码子：AUG甲硫氨酸、GUG,缬氨酸,终止密码子：UAA、UAG、UGA,其他密码子))2．tRNA：RNA链经过折叠，看上去像三叶草的叶形，其一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。3．翻译(1)概念图解：(2)过程：四、中心法则1．提出者：克里克。2．图解：3．中心法则的发展补充后的中心法则图解4．生命是物质、能量和信息的统一体在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量。【教材微点发掘】1.如图为tRNA的结构示意图(教材第67页图46变式)，据图回答有关问题：(1)图中的tRNA携带的氨基酸是甲硫氨酸，判断依据是图中tRNA的反密码子是UAC，其对应的密码子是AUG，根据密码子表可以确定AUG是甲硫氨酸的密码子。(2)在tRNA中是否只有反密码子这3个碱基？是否存在氢键？提示：tRNA是RNA链经折叠形成的，除一端的反密码子外，还有其他碱基。在折叠区域碱基配对，存在氢键。(3)每种tRNA只能转运eq\a\vs4\al(一)种氨基酸，每种氨基酸可能由一种或几种tRNA转运。(4)为什么说tRNA是真正起“翻译”作用的结构？提示：运输氨基酸的工具是tRNA，它一端有反密码子，能和mRNA上的密码子相识别，一端能携带氨基酸，因此tRNA是真正起“翻译”作用的结构。2．下图表示一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时合成多条多肽链的现象(教材第69页旁栏图)。请回答有关问题：(1)图中每个核糖体是共同合成一条多肽链，还是分别合成一条完整的多肽链？提示：每个核糖体分别合成一条完整的多肽链。(2)图中合成的4条多肽链是否相同？判断依据是什么？提示：相同，因为它们结合的模板mRNA相同。(3)图中翻译的方向是从左向右，判断的依据是多肽链的长短，长的翻译在前。(4)图中所示的翻译特点，其意义是少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。新知探究(一)遗传信息的转录【拓展·深化】1．转录的场所、条件和产物场所真核生物主要发生在细胞核，线粒体和叶绿体也可以发生条件①模板：以DNA的一条单链为模板链(另一条单链为非模板链)②原料：四种核糖核苷酸③能量：ATP④酶：RNA聚合酶碱基配对情况T与A配对(形成两个氢键)，G与C配对(形成三个氢键)，A与U配对(形成两个氢键)，C与G配对(形成三个氢键)。如图：产物RNA(mRNA、tRNA、rRNA)2．转录有关问题分析(1)转录不是转录整个DNA，而是转录其中的基因。不同种类的细胞，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量不同，但tRNA和rRNA的种类没有差异。(2)细胞核中转录形成的RNA通过核孔进入细胞质，穿过0层膜，需要能量。(3)完成正常使命的mRNA易迅速降解，保证生命活动的有序进行。(4)质基因(线粒体和叶绿体中的基因)控制蛋白质合成过程时也进行转录。(5)mRNA与DNA模板链碱基互补，但与非模板链碱基序列基本相同，只是用U代替T。(6)转录时，边解旋边转录，单链转录。3．三类核糖核酸的比较种类mRNAtRNArRNA结构单链单链，呈三叶草形单链特点携带从DNA上转录来的遗传信息一端携带特定的氨基酸，另一端特定的三个相邻碱基可与mRNA上的密码子互补配对，叫反密码子核糖体的组成成分功能作为翻译的模板转运特定的氨基酸参与构成图示共同点都是经过转录产生的，基本单位都相同，都与翻译的过程有关[思考·探究](1)RNA为什么适合做DNA的信使？提示：①RNA一般为单链，比DNA短，可以通过核孔从细胞核进入细胞质。②RNA是另一种核酸，也是由四种核苷酸组成的，也可以储存大量的遗传信息。③RNA与DNA之间也遵循碱基互补配对原则。(2)转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列有何关系？与DNA的另一条链的碱基序列相比有哪些异同？提示：①转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列互补配对。②相同点：a.碱基数目相等；b.都含A、G、C3种碱基。不同点：RNA中含有U，DNA中含有T。【典题·例析】[例1](2025·河北高考)M和N是同一染色体上两个基因的部分序列，其转录方向如图所示。表中对M和N转录产物的碱基序列分析正确的是()编号M的转录产物编号N的转录产物①5′­UCUACA­3′③5′­AGCUGU­3′②5′­UGUAGA­3′④5′­ACAGCU­3′A.①③B．①④C．②③D．②④[解析]转录的方向为模板链DNA的3′→5′，由图可知，M转录的模板链的部分序列为5′­TCTACA­3′，N转录的模板链的部分序列为5′­ACAGCT­3′，因此，M转录产物的部分碱基序列为5′­UGUAGA­3′，N转录产物的部分碱基序列为5′­AGCUGU­3′，C正确。[答案]C[例2]下图表示细胞核中所完成的mRNA的形成过程示意图，有关叙述正确的是()A．图中RNA聚合酶的移动方向是从左向右B．图中RNA与a链碱基互补C．图示RNADNA杂交区域中DNA上的A与RNA上的T配对D．DNA双螺旋解开需要解旋酶的参与，同时消耗能量[解析]依图示可知，RNA聚合酶的移动方向是从左向右，A正确；RNA与a链上碱基除U与T不同外，其他碱基相同，不能互补，B错误；图示RNADNA杂交区域中DNA上的A与RNA上的U配对，C错误；RNA聚合酶本身具有解旋功能，转录不需要解旋酶的参与，D错误。[答案]A易错提醒—————————————————————————————————与转录有关的两个注意点(1)转录时，需要解旋，但不需要解旋酶参与。因为RNA聚合酶本身就兼有解旋的作用。(2)转录时，RNA子链的延伸方向为5′端→3′端，与RNA聚合酶的移动方向一致。—————————————————————————————————————【应用·体验】1．如图表示在人体细胞核中进行的某一生命过程，据图分析，下列说法错误的是()A．该过程可发生在线粒体内B．该过程与DNA复制时碱基互补配对方式完全相同C．该过程涉及ATP的消耗D．游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基相撞解析：选B题图所示为人体细胞中发生的转录过程。该过程主要发生在细胞核中，还可以发生在线粒体中，A正确；该过程的碱基互补配对方式有A—U，而DNA复制过程没有，B错误；转录过程需要消耗ATP，C正确；在转录过程中，游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基相撞，D正确。2．下列关于真核细胞中转录的叙述，错误的是()A．tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来B．同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生C．细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生D．转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补解析：选C转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，产物包括tRNA、rRNA和mRNA，A正确；三种RNA对应的基因不同，同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生，B正确；真核细胞的线粒体、叶绿体中含有DNA，也可以通过转录合成RNA，C错误；转录过程遵循碱基互补配对原则，转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补，D正确。新知探究(二)遗传信息的翻译【探究·深化】[问题驱动]如图是翻译过程的示意图，请据图回答下列问题：(1)图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是哪种分子或结构？提示：Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是tRNA、核糖体、多肽链。(2)Ⅲ是mRNA，其中的起始密码子和终止密码子分别是什么？它们都能决定氨基酸吗？提示：起始密码子：AUG，编码甲硫氨酸；终止密码子：UAA，不编码氨基酸。(3)图乙中①⑥分别是什么分子或结构？核糖体移动的方向是怎样的？提示：①⑥分别是mRNA、核糖体；核糖体移动的方向是由右向左。(4)最终合成的多肽链②③④⑤的氨基酸序列相同吗？为什么？提示：相同；因为它们的模板是同一条mRNA。[重难点拨](一)转录与翻译的比较(二)遗传信息、密码子、反密码子的比较项目遗传信息密码子反密码子概念DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基tRNA上与密码子互补的3个碱基作用控制生物的性状直接决定蛋白质中的氨基酸序列转运氨基酸种类多样性64种61种图解(三)转录、翻译过程中的四个易错点(1)转录的产物不只是mRNA，还有tRNA、rRNA，但只有mRNA携带遗传信息，3种RNA都参与翻译过程，只是作用不同。(2)翻译过程中mRNA并不移动，而是核糖体沿着mRNA移动，进而读取下一个密码子。(3)转录和翻译过程中的碱基配对不是A—T，而是A—U。(4)并不是所有的密码子都决定氨基酸，其中终止密码子不决定氨基酸。(四)原核生物与真核生物基因转录和翻译的辨别(1)真核细胞的转录主要发生在细胞核中，翻译发生在细胞质中，在空间和时间上被分隔开进行，即先转录后翻译。(2)原核细胞的转录和翻译没有分隔，可以同时进行，即边转录边翻译。过程如图所示：图中①是DNA模板链，②③④⑤表示正在合成的4条mRNA，每条mRNA上有多个核糖体同时进行翻译，翻译的方向是从下到上。【典题·例析】[例1]下图表示某细胞内发生的一系列生理变化，X表示某种酶。据图分析，下列有关叙述错误的是()A．X为RNA聚合酶，该酶主要在细胞核中发挥作用B．该图中最多含5种碱基、8种核苷酸C．过程Ⅰ仅在细胞核内进行，过程Ⅱ仅在细胞质内进行，图中X和核糖体的移动方向相同D．b部位发生的碱基配对方式可有T—A、A—U、C—G、G—C[解析]图中过程Ⅰ表示转录，其中a为DNA分子，b为DNA模板链，X为RNA聚合酶。转录主要在细胞核内进行，因此RNA聚合酶主要存在于细胞核，A正确。该图中含有DNA分子和RNA分子，因此最多含5种碱基(A、C、G、T、U)和8种核苷酸，B正确。过程Ⅰ为转录，主要在真核生物的细胞核内进行；过程Ⅱ为翻译，在细胞质中的核糖体上进行，图示中X和核糖体的移动方向相同，C错误。b部位表示以DNA的一条链为模板形成mRNA的过程，发生的碱基配对方式可有T—A、A—U、C—G、G—C，D正确。[答案]C[例2]已知AUG、GUG为起始密码子，UAA、UGA、UAG为终止密码子。某原核生物的一个信使RNA碱基排列顺序如下：A—U—U—C—G—A—U—G—A—C……(40个碱基)……C—U—C—U—A—G—A—U—C—U，此信使RNA控制合成的一条多肽链失去的水分子的个数为()A．20个 B．15个C．16个 D．18个[解析]该信使RNA碱基序列为A—U—U—C—G—A—U—G—A—C……(40个碱基)……—C—U—C—U—A—G—A—U—C—U，已知AUG、GUG为起始密码子，UAA、UGA、UAG为终止密码子，则该序列的第6、7、8三个碱基构成起始密码子(AUG)，倒数第5、6、7三个碱基构成终止密码子(UAG)，即编码氨基酸的碱基个数为5＋40＋3＝48，则此信使RNA控制合成的蛋白质含氨基酸的个数为48÷3＝16。该肽链在脱水缩合过程中产生的水分子数＝氨基酸数－肽链数＝16－1＝15。故选B。[答案]B方法规律—————————————————————————————————基因表达过程中的相关数量计算由上图可知，在不考虑终止密码子等条件下，基因中碱基数目∶mRNA碱基数目∶蛋白质中氨基酸数目＝6∶3∶1。由于在一段多肽链对应的mRNA中含有不编码氨基酸的序列(如终止密码子)，在其对应的DNA中，还含有一些不能转录为mRNA的DNA片段。因此，如果蛋白质中的氨基酸数为n，则对应的mRNA分子中的碱基数最少为3n，DNA(基因)中的碱基数最少为6n。—————————————————————————————————————【应用·体验】1．(2024·安徽高考适应考)大肠杆菌的RNA聚合酶功能强大，可以自主解开双链DNA，并进行RNA的合成。合成出的RNA一端，很快会结合核糖体合成多肽链。某同学绘制了一幅大肠杆菌转录和翻译的模式图，请同学们进行评议。下列有关该图的评议，正确的是()A．RNA聚合酶沿模板链移动的方向应该是从5′向3′B．RNA聚合酶结合位置应该包含整个DNA的解链区C．双链解开的DNA应该在RNA合成结束后恢复双螺旋D．图中移动的3个核糖体上已合成的肽链长度应该相同解析：选BRNA聚合酶沿模板链移动的方向应该是从3′向5′，A错误；RNA聚合酶具有解旋的功能，能解开双链之间的氢键，RNA聚合酶位置应包含整个DNA的解链区，而题图RNA聚合酶只与模板链结合，题图错误，B正确；转录是边解旋边转录，转录完成的DNA片段可迅速恢复双螺旋，而不是RNA合成结束后恢复双螺旋，C错误；图中移动的3个核糖体上已合成的肽链长度不同，D错误。2．如图表示某DNA片段遗传信息的传递过程，①～⑤表示物质或结构，a、b、c表示生理过程。请据图回答下列问题(可能用到的密码子：AUG甲硫氨酸、GCU丙氨酸、AAG赖氨酸、UUC苯丙氨酸、UCU丝氨酸、UAC酪氨酸)：(1)完成遗传信息表达的是________(填字母)过程，a过程所需的酶有________________________________________。(2)图中含有核糖的是________(填数字)。由②指导合成的多肽链中氨基酸序列是____________________________________________________________。(3)若在AUG后插入三个核苷酸，合成的多肽链中除在甲硫氨酸后多一个氨基酸外，其余氨基酸序列没有变化。由此证明_________________________________________________。解析：分析图示过程可知，a为DNA复制，b为转录，c为翻译。(1)完成遗传信息表达的是转录和翻译过程，即图中b和c，DNA复制需要在解旋酶的作用下解开双链，然后在DNA聚合酶的作用下合成DNA子链。(2)RNA中含有核糖，图中含有核糖的结构包括mRNA、tRNA、rRNA。根据②mRNA上的碱基顺序组成的密码子，指导合成的多肽链中氨基酸序列是甲硫氨酸丙氨酸丝氨酸苯丙氨酸。(3)三个核苷酸对应一个氨基酸，由此证明一个密码子由三个相邻的碱基组成。答案：(1)b、c解旋酶和DNA聚合酶(2)②③⑤甲硫氨酸丙氨酸丝氨酸苯丙氨酸(3)一个密码子由三个相邻的碱基组成新知探究(三)中心法则及其发展【探究·深化】[问题驱动]由中心法则可知，遗传信息可以从DNA流向DNA，也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质。据此思考下列问题：(1)据中心法则推测DNA、RNA产生的途径有哪些？提示：DNA产生途径有DNA的复制及逆转录，RNA的产生途径有RNA的复制及转录。(2)线粒体和叶绿体中的DNA是否遵循中心法则？提示：遵循，在线粒体和叶绿体中也有DNA的复制及基因的表达过程。(3)正常的人体细胞中可以发生哪些遗传信息的流动途径？提示：DNA的复制、转录、翻译过程。(4)下图为一组模拟实验，假设实验能正常进行且5支试管中都有产物生成，请分析此图解中A～E试管所模拟的过程分别是什么？提示：A—DNA复制，B—转录，C—RNA复制，D—逆转录，E—翻译。[重难点拨]1．中心法则体现了DNA的两大基本功能(1)传递遗传信息：通过DNA复制完成的，发生在亲代产生子代的生殖过程或细胞增殖过程中。(2)表达遗传信息：通过转录和翻译完成的，发生在个体发育过程中。2．不同生物的遗传信息传递过程(1)以DNA为遗传物质的生物主要包括细胞生物(原核生物、真菌、动植物和人类)以及大多数病毒，它们能发生的过程如下：(2)以RNA为遗传物质的生物①不含逆转录酶的RNA病毒，如烟草花叶病毒，它们能发生的过程如下：②含逆转录酶的RNA病毒，如艾滋病病毒，它们能发生的过程如下：【典题·例析】[例1]如图为中心法则图解，下列有关叙述正确的是()A．过程③发生在含有逆转录酶的病毒体中B．正常植物细胞中能够体现①～⑤过程C．①～⑤过程中都能发生碱基互补配对D．③过程中碱基互补配对时，遵循A—U、U—A、C—G、G—C的原则[解析]由图可知，①是DNA复制、②是转录、③是逆转录、④是RNA复制、⑤是翻译。逆转录过程发生在寄主细胞中；正常植物细胞中能够体现DNA复制、转录、翻译过程，没有逆转录、RNA复制过程；DNA复制、转录、逆转录、RNA复制、翻译都能发生碱基互补配对；逆转录过程中碱基互补配对时，遵循A—T、U—A、C—G、G—C的原则。故选C。[答案]C[例2]如图为有关遗传信息传递和表达的模拟实验。下列相关叙述合理的是()A．若X是mRNA，Y是多肽，则管内必须加入氨基酸B．若X是DNA，Y含有U，则管内必须加入逆转录酶C．若X是tRNA，Y是多肽，则管内必须加入脱氧核苷酸D．若X是HIV的RNA，Y是DNA，则管内必须加入DNA酶[解析]若X是mRNA，Y是多肽，则管内发生的是翻译过程，因此管内必须加入氨基酸，A符合题意；若X是DNA，Y含有U，则Y为RNA，管内发生的是转录过程，因此不需要加入逆转录酶，而需要加入RNA聚合酶等，B不符合题意；若X是tRNA，Y是多肽，则管内发生的是翻译过程，因此不需要加入脱氧核苷酸，C不符合题意；若X是HIV的RNA，Y是DNA，则管内发生的是逆转录过程，因此需要加入逆转录酶，D不符合题意。[答案]A方法规律—————————————————————————————————“三看法”判断中心法则各过程—————————————————————————————————————【应用·体验】1．(2025·湖南高考)被噬菌体侵染时，某细菌以一特定RNA片段为重复单元，逆转录成串联重复DNA，再指导合成含多个串联重复肽段的蛋白Neo，如图所示。该蛋白能抑制细菌生长，从而阻止噬菌体利用细胞资源。下列叙述错误的是()A．噬菌体侵染细菌时，会将核酸注入细菌内B．蛋白Neo在细菌的核糖体中合成C．串联重复的双链DNA的两条链均可作为模板指导蛋白Neo合成D．串联重复DNA中单个重复单元转录产生的mRNA无终止密码子解析：选C噬菌体侵染细菌时，会将自身的核酸注入细菌内，而蛋白质外壳留在外面，A正确；噬菌体是病毒，没有核糖体，蛋白Neo是在细菌细胞内合成的蛋白质，所以在细菌的核糖体中合成，B正确；对于某个基因而言，在转录过程中，以DNA的一条特定链为模板合成mRNA，进而指导蛋白质的合成，故串联重复的双链DNA的一条特定链可作为模板指导蛋白Neo合成，C错误；因为最终合成的是含多个串联重复肽段的蛋白Neo，说明串联重复DNA中单个重复单元转录产生的mRNA无终止密码子，若有终止密码子就会提前终止翻译，不能形成含多个串联重复肽段的蛋白，D正确。2．(2024·甘肃高考适应考)20世纪50年代，科学家在研究DNA复制的酶促反应机制时，发现了一种从未见过的生物化学反应，这种反应需要酶对底物模板指令的绝对依赖。后经众多科学家的不断探索，最终揭示了遗传信息传递的一般规律——中心法则。下列叙述错误的是()A．DNA分子的碱基排列顺序构成了遗传信息的多样性B．遗传信息的复制、转录、翻译和逆转录都需要模板C．转录时，RNA聚合酶识别并结合RNA的特定序列D．DNA复制与转录的过程中，碱基互补配对方式不同解析：选C组成DNA分子的碱基排列顺序具有多样性，构成了DNA分子的多样性，即遗传信息的多样性，A正确；遗传信息的复制(模板是DNA的两条链)、转录(模板是DNA的一条链)、翻译(模板是mRNA)和逆转录(模板是RNA)都需要模板，B正确；转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，转录时，RNA聚合酶识别并结合DNA的特定序列，C错误；DNA复制时碱基配对方式是A—T、T—A、G—C、C—G，转录过程中碱基配对方式是A—U、T—A、G—C、C—G，碱基互补配对方式不同，D正确。科学视野——RNA干扰技术RNA干扰是指小分子双链RNA可以特异性地降解或抑制同源mRNA表达，从而抑制或关闭特定基因表达的现象(如图)。人们只要知道了某种疾病的致病基因，就可以设计出针对该基因mRNA的小分子干扰RNA(siRNA)，抑制或封闭该致病基因的表达，从而达到治疗疾病的目的。在理论上，通过siRNA几乎可以治疗所有的疾病，包括肿瘤、传染病、遗传性疾病等，因而siRNA受到学术界普遍的关注，是目前最为热门的生命科学研究领域，也是未来最有发展前途的新药开发领域。【素养评价】1．(2025·云南高考)RNA干扰原理是指mRNA形成局部互补结构后阻断mRNA翻译。X菌是兼性厌氧菌，能杀伤正常细胞和处于缺氧微环境的肿瘤细胞。我国科学家基于RNA干扰原理改造X菌获得Y菌时，将厌氧启动子PT置于X菌生存必需基因asd上游，启动基因asd转录，PT启动转录效率与氧浓度成反比；同时将好氧启动子PA置于基因asd下游，启动互补链转录，PA启动转录效率与氧浓度成正比。下列说法正确的是()A．Y菌存在asd基因DNA双链同时启动转录的状态B．PT和PA分别启动转录得到的mRNA相同C．PA的作用是防止有氧环境下Y菌死亡D．改造X菌目的是增强无氧环境下杀伤肿瘤细胞的能力解析：选APT和PA的启动效率受氧浓度调节，当氧浓度较低时，PT启动转录效率较高，启动asd基因的转录；当氧浓度较高时，PA启动转录效率较高，启动互补链转录。在一定的氧浓度条件下，PT和PA可能同时具有一定活性，则Y菌存在asd基因DNA双链同时启动转录的状态，A正确。由以上分析可知，PT和PA分别启动转录得到的mRNA不同，B错误。有氧环境下，PA启动转录的效率较高，其启动互补链转录形成的mRNA与PT启动基因asd转录形成的mRNA形成互补结构，从而阻断asd基因的翻译，而asd基因是生存必需基因，故PA会使有氧条件下Y菌死亡，C错误。由题意可知，X菌能杀伤正常细胞和处于缺氧微环境的肿瘤细胞，无特异性；在有氧条件下，改造后得到的Y菌asd基因的翻译被阻断，Y菌死亡；在无氧(氧气浓度较低)时，Y菌的asd基因可正常表达，进而发挥杀伤缺氧微环境的肿瘤的作用，但其杀伤作用与X菌相比并未增强，故改造X菌的目的是提高靶向性，减少对正常细胞的杀伤，D错误。2．微RNA(miRNA)是真核生物中广泛存在的一类重要的基因表达调控因子。如图表示线虫细胞中微RNA(lin­4)调控lin­14基因表达的相关作用机制，请回答下列问题：(1)过程A需要以________________为原料，该过程还能发生在线虫细胞内的____________中；在过程B中能与①发生碱基互补配对的分子是________，①上同时结合多个核糖体的意义是____________________________________。(2)图中最终形成的②③上氨基酸序列________(填“相同”或“不同”)。图中涉及的遗传信息的传递方向为__________________________。(3)由图可知，微RNA(lin­4)调控基因lin­14表达的机制是RISC­miRNA复合物抑制________过程。解析：(1)过程A是转录，转录过程除了需要酶的催化作用外，还需要四种游离的核糖核苷酸为原料，以及由ATP提供的能量等；线虫细胞是真核细胞，且是动物细胞，DNA存在于细胞核和线粒体中，因此转录过程发生的场所是细胞核和线粒体；过程B是翻译，翻译过程中mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子进行碱基互补配对。①mRNA上同时结合多个核糖体的意义是利用少量的mRNA在短时间内合成大量的蛋白质。(2)②③是以同一条mRNA为模板合成的，因此最终形成的肽链②③上氨基酸序列相同。图中包含了转录和翻译过程，故涉及的遗传信息的传递方向为DNA→RNA→蛋白质。(3)分析题图可知，微RNA(lin­4)形成RISC­miRNA复合物抑制翻译过程进而调控基因lin­14的表达。答案：(1)核糖核苷酸线粒体tRNA能在短时间内合成大量的蛋白质(2)相同DNA→RNA→蛋白质(3)翻译[课时跟踪检测][理解·巩固·落实]1．判断下列叙述的正误，对的打“√”，错的打“×”。(1)遗传信息转录的产物只有mRNA。(×)(2)转录可以在细胞核中进行，也可以发生在线粒体和叶绿体中。(√)(3)翻译过程不需要酶的催化，但需要消耗ATP。(×)(4)一个mRNA上可同时结合多个核糖体，共同完成一条肽链的合成。(×)(5)正常情况下，真核生物细胞内可发生中心法则的每个过程。(×)(6)DNA病毒中没有RNA，其遗传信息的传递不遵循中心法则。(×)2．下列关于转录的叙述，正确的是()A．基因的两条链都作为转录的模板B．遇到终止密码子时转录过程就停止C．转录过程只可能发生在细胞核中D．转录过程所需原料是核糖核苷酸解析：选D转录过程中，一个基因只有一条链可作为模板，A错误；遇到终止密码子时翻译过程就停止，B错误；基因的转录主要发生在细胞核中，也发生在线粒体和叶绿体中，C错误；转录合成RNA，所需原料是核糖核苷酸，D正确。3．(2024·湖北高考)编码某蛋白质的基因有两条链，一条是模板链(指导mRNA合成)，其互补链是编码链。若编码链的一段序列为5′-ATG-3′，则该序列所对应的反密码子是()A．5′-CAU-3′ B．5′-UAC-3′C．5′-TAC-3′ D．5′-AUG-3′解析：选A若编码链的一段序列为5′-ATG-3′，其与模板链序列碱基互补配对，又因为mRNA上的密码子序列也与模板链序列碱基互补配对，故将编码链序列上的T改为U即可得mRNA序列为5′-AUG-3′，又因为tRNA上的反密码子序列与mRNA上的密码子序列碱基互补配对，所以tRNA上的反密码子序列为5′-CAU-3′，A符合题意。4．基因、遗传信息和密码子分别是指()①mRNA上核苷酸的排列顺序②基因中脱氧核苷酸的排列顺序③DNA上决定氨基酸的3个相邻的碱基④tRNA上一端的3个碱基⑤mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基⑥有遗传效应的DNA片段A．⑤①③ B．⑥②⑤C．⑤①② D．⑥③④解析：选B基因通常是有遗传效应的DNA片段；遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序；密码子是位于mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基。故选B。5．(2025·山东高考)关于豌豆细胞核中淀粉酶基因遗传信息传递的复制、转录和翻译三个过程，下列说法错误的是()A．三个过程均存在碱基互补配对现象B．三个过程中只有复制和转录发生在细胞核内C．根据三个过程的产物序列均可确定其模板序列D．RNA聚合酶与核糖体沿模板链的移动方向不同解析：选C复制以DNA双链作为模板，通过A—T、G—C、T—A、C—G配对合成新链；转录以DNA一条链为模板，通过A—U、T—A、G—C、C—G配对合成RNA；翻译过程中mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子通过A—U、G—C、U—A、C—G配对，三个过程均存在碱基互补配对，A正确。豌豆细胞核中淀粉酶基因的复制与转录均以DNA为模板，在细胞核内进行，而翻译是以mRNA为模板，在细胞质中的核糖体上进行，B正确。翻译过程的产物是具有一定氨基酸序列的肽链，氨基酸序列由mRNA上的密码子决定，但由于密码子具有简并性(多种密码子对应同一种氨基酸)，故无法确定mRNA序列，C错误。转录过程中，RNA聚合酶沿DNA模板链从3′端→5′端方向移动，合成RNA链的方向为5′端→3′端；翻译过程中核糖体沿mRNA从5′端→3′端方向移动，因此，RNA聚合酶与核糖体沿模板链的移动方向不同，D正确。6．HIV病毒入侵人体后，主要攻击人体的T细胞，使人体免疫能力下降。下图为HIV病毒在人体细胞内增殖的过程。据图分析，下列叙述正确的是()A．①过程需要的原料是四种核糖核苷酸B．④过程需遵循碱基互补配对原则C．②③过程均需要RNA聚合酶D．⑤过程产生的蛋白质中氨基酸的排列顺序是由rRNA决定的解析：选B①过程是逆转录，即以RNA为模板合成DNA，所需原料是四种脱氧核苷酸，A错误；③④为转录过程，需遵循碱基互补配对原则，B正确；②为DNA分子复制需要DNA聚合酶，③过程为转录需要RNA聚合酶，C错误；⑤过程产生的蛋白质中氨基酸的排列顺序是由mRNA中的核糖核苷酸序列决定的，D错误。7．(2025·陕晋宁青高考)金刚鹦鹉的羽毛色彩缤纷。研究发现乙醛脱氢酶能催化鹦鹉黄素的醛基转化为羧基，造成羽色由红到黄的渐变。同一只鹦鹉不同部位的羽色有红黄差异，该现象最不可能源于()A．乙醛脱氢酶基因序列的差异B．编码乙醛脱氢酶mRNA量的差异C．乙醛脱氢酶活性的差异D．鹦鹉黄素醛基转化为羧基数的差异解析：选A同一只鹦鹉不同部位的乙醛脱氢酶基因序列一般是相同的，A符合题意。编码乙醛脱氢酶mRNA量的差异，导致合成的乙醛脱氢酶的量存在差异；乙醛脱氢酶的活性存在差异；鹦鹉黄素醛基转化为羧基数的差异均会导致鹦鹉羽色由红到黄的渐变程度存在差异，从而导致鹦鹉不同部位的羽色有红黄差异，B、C、D不符合题意。8.(2023·江苏高考)翻译过程如图所示，其中反密码子第1位碱基常为次黄嘌呤(I)，与密码子第3位碱基A、U、C皆可配对。下列相关叙述正确的是()A．tRNA分子内部不发生碱基互补配对B．反密码子为5′-CAU-3′的tRNA可转运多种氨基酸C．mRNA的每个密码子都能结合相应的tRNAD．碱基I与密码子中碱基配对的特点，有利于保持物种遗传的稳定性解析：选DtRNA分子内部存在局部双链区，局部双链区存在碱基互补配对，A错误；反密码子5′-CAU-3′只能与密码子3′-GUA-5′配对，相应tRNA只能携带一种氨基酸，B错误；mRNA中的终止密码子没有相应的tRNA与其结合，C错误；由题知，反密码子第1位的I可与密码子第3位的碱基A、U、C配对，提高了容错率，有利于保持物种遗传的稳定性，D正确。9．某研究人员利用酵母菌成功合成了氨基酸序列为PheProLys的三肽。三种氨基酸的密码子见表：氨基酸密码子苯丙氨酸(Phe)UUU、UUC脯氨酸(Pro)CCU、CCC、CCA、CCG赖氨酸(Lys)AAA、AAG据此分析，下列叙述正确的是()A．一种氨基酸可以由多种密码子编码，但只能由一种tRNA转运B．控制该三肽合成的基因只有9对脱氧核苷酸C．合成该三肽过程中需要mRNA、tRNA和rRNA参与D．mRNA上编码该三肽的核苷酸序列可能为AAGGGAUUC解析：选C由于密码子的简并性，一种氨基酸可以由一种或多种密码子决定，因此也可以由一种或多种tRNA转运，A错误；控制该三肽合成的mRNA中对应氨基酸的密码子有3个，还有不编码氨基酸的终止密码子，因此根据碱基互补配对的原则，该基因中至少含有12个碱基对，B错误；合成该三肽过程中，需要以mRNA为模板，以tRNA为搬运工具，以rRNA参与组成的核糖体为翻译场所，C正确；mRNA上编码三肽的核苷酸序列为AAGGGAUUC时，AAG编码赖氨酸，GGA不清楚编码氨基酸的种类，但不能编码脯氨酸，UUC编码苯丙氨酸，与题干信息中的氨基酸序列不符，D错误。10．如图表示真核生物核DNA遗传信息传递的部分过程。据图回答问题：(1)①、③表示的遗传信息传递过程依次是_______、________。(2)②过程发生的场所是______________________，③过程中可能存在的碱基互补配对方式是______________________________。(3)DNA与RNA分子在组成上，除碱基不同外，另一个主要区别是____________________________________________________________________________。(4)若②过程形成的mRNA含有1000个碱基，其中鸟嘌呤和胞嘧啶之和占全部碱基总数的60%，则该DNA片段至少含有腺嘌呤和胸腺嘧啶的碱基对________个。解析：(1)据图分析可知，①是DNA复制，②是由DNA到RNA的转录过程，③是由RNA到蛋白质的翻译过程。(2)②转录发生的场所是细胞核、叶绿体、线粒体，在翻译过程中存在的碱基互补配对方式是A与U，G与C。(3)DNA中含有脱氧核糖和特有的含氮碱基T，RNA中含有的是核糖和特有的含氮碱基U，所以除了碱基不同外，就是五碳糖不同，DNA中是脱氧核糖，RNA中是核糖。(4)如果mRNA中含有1000个碱基，鸟嘌呤和胞嘧啶之和占全部碱基总数的60%，那么A和U占该链的40%，即400个，根据碱基互补配对原则，在其模板链中A和T占该链的40%，即400个，在另一条链中也是400个，在整个DNA片段中至少有400对。答案：(1)复制翻译(2)细胞核、叶绿体、线粒体A与U配对(A—U)，G与C配对(C—G)(3)五碳糖不同(DNA中是脱氧核糖，RNA中是核糖)(4)400[迁移·应用·发展]11．(2023·湖南高考)细菌glg基因编码的UDPG焦磷酸化酶在糖原合成中起关键作用。细菌糖原合成的平衡受到CsrAB系统的调节。CsrA蛋白可以结合glgmRNA分子，也可结合非编码RNA分子CsrB，如图所示。下列叙述错误的是()A．细菌glg基因转录时，RNA聚合酶识别和结合glg基因的启动子并驱动转录B．细菌合成UDPG焦磷酸化酶的肽链时，核糖体沿glgmRNA从5′端向3′端移动C．抑制CsrB基因的转录能促进细菌糖原合成D．CsrA蛋白都结合到CsrB上，有利于细菌糖原合成解析：选C基因转录时，RNA聚合酶识别并结合到基因的启动子区域从而驱动转录，A正确；翻译过程中，核糖体沿着mRNA从5′端向3′端移动，B正确；由题图可知，抑制CsrB基因转录会使非编码RNA分子CsrB减少，使CsrA更多地与glgmRNA结合形成不稳定构象，最终核糖核酸酶会降解glgmRNA，而glg基因编码的UDPG焦磷酸化酶在糖原合成中起关键作用，故抑制CsrB基因的转录能抑制细菌糖原合成，C错误；由题图及以上分析可知，若CsrA都结合到CsrB上，则CsrA不能与glgmRNA结合，从而使glgmRNA不被降解而正常进行翻译，有利于细菌糖原的合成，D正确。12．如图表示生物细胞中基因的表达过程，下列相关判断错误的是()A．图示现象不可能发生在人体细胞的核基因表达过程中B．一个基因可在较短时间内合成多条肽链C．一条多肽链的合成需要多个核糖体的共同参与D．图示过程中既有DNARNA之间的碱基配对，也有RNARNA之间的碱基配对解析：选C图示为转录和翻译过程同时发生，表示原核细胞基因表达的过程，而人体细胞的细胞核具有核膜，核基因转录发生在细胞核，翻译发生在细胞质中的核糖体上，A正确；由图可知，一个mRNA分子可相继与多个核糖体结合，加快了翻译的速度，因此一个基因可在较短时间内合成多条肽链，B正确；一条多肽链的合成只需要一个核糖体的参与，C错误；图示为转录和翻译过程，该过程中既有DNARNA之间的碱基配对，也有RNARNA之间的碱基配对，D正确。13．SXL基因在雌雄果蝇某些细胞中的表达情况不同，决定了这些细胞分化为卵原细胞还是精原细胞，从而影响了果蝇的性别发育(如图所示)。下列叙述错误的是()A．SXL蛋白参与了自身mRNA的剪切、加工，会使细胞中积累大量的SXL蛋白B．外显子可能含有编码终止密码子序列，导致翻译提前终止C．充足的SXL蛋白可以促进原始生殖细胞分化为卵原细胞，若缺乏SXL蛋白，则分化为精原细胞D．相同基因在不同的细胞中表达情况均不同解析：选D分析题图可知，SXL多肽加工后形成的SXL蛋白参与了自身mRNA的剪切、加工，最终导致细胞中积累了大量的SXL蛋白，A正确；XY胚胎比XX胚胎的mRNA多了序列，XY胚胎的SXL多肽比XX胚胎的短，推测外显子可能含有编码终止密码子的序列，导致翻译提前终止，B正确；分析题图可知，XX胚胎细胞中含有较多SXL蛋白，XY胚胎细胞中SXL蛋白缺乏，据此判断，当细胞中SXL蛋白含量较多时，可促进原始生殖细胞分化为卵原细胞，若缺乏SXL蛋白，则分化为精原细胞，C正确；由题意可判断，SXL基因在果蝇某些细胞中表达情况不同，但并非所有基因在不同的细胞中表达情况均不同，D错误。14．(2025·江苏高考)真核细胞进化出精细的基因表达调控机制，图示部分调控过程。请回答下列问题：(1)细胞核中，DNA缠绕在组蛋白上形成________。由于核膜的出现，实现了基因的转录和________在时空上的分隔。(2)基因转录时，________酶结合到DNA链上催化合成RNA。加工后转运到细胞质中的RNA，直接参与蛋白质肽链合成的有rRNA、mRNA和________。分泌蛋白的肽链在________________完成合成后，还需转运到高尔基体进行加工。(3)转录后加工产生的lncRNA、miRNA参与基因的表达调控。据图分析，lncRNA调控基因表达的主要机制有_______________________________________________________________________________________________________________________。miRNA与AGO等蛋白结合形成沉默复合蛋白，引导降解与其配对结合的RNA。据图可知，miRNA发挥的调控作用有______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)外源RNA进入细胞后，经加工可形成siRNA引导的沉默复合蛋白，科研人员据此研究防治植物虫害的RNA生物农药。根据RNA的特性及其作用机理，分析RNA农药的优点有________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)细胞核中，DNA和组蛋白构成染色质(或染色体)。原核细胞边转录边翻译，真核细胞由于核膜的存在，基因转录出的mRNA需要经核孔运输到细胞质中与核糖体结合后才能进行翻译，从而实现了转录和翻译在时空上的分隔。(2)基因转录时，RNA聚合酶结合到DNA链上催化合成RNA。直接参与蛋白质肽链合成的RNA有rRNA、mRNA和tRNA。分泌蛋白的肽链首先在游离核糖体上合成，然后肽链与核糖体一起转移到内质网上继续合成，并且边合成边转移到内质网腔内，再经过加工、折叠之后，通过囊泡转运到高尔基体进行进一步加工。(3)据图可知，在细胞核中，lncRNA与DNA结合，影响基因转录合成mRNA。在细胞质中，lncRNA与mRNA结合，调控翻译。miRNA与AGO等蛋白结合形成沉默复合蛋白，沉默复合蛋白可与mRNA结合，降解mRNA，调控翻译，也可与lncRNA结合，降解lncRNA，解除对翻译的影响。(4)RNA是单链，结构不稳定，故RNA农药易降解、无残留，减少了环境污染；RNA农药进入细胞后，经加工可形成siRNA引导的沉默复合蛋白，从而与特定的mRNA结合，阻断其翻译过程，即RNA农药可作用于特定mRNA，具有高度靶向性，可杀死特定害虫。答案：(1)染色质(或染色体)翻译(2)RNA聚合tRNA核糖体和内质网(或内质网)(3)与DNA结合，调控基因的转录；与mRNA结合，调控翻译降解lncRNA，解除对翻译的影响；降解mRNA，调控翻译(4)易降解，减少环境污染；作用于特定mRNA，具有高度靶向性，可杀死特定害虫第2节基因表达与性状的关系学有目标——课标要求必明记在平时——核心语句必背1.举例说明基因通过控制酶的合成和蛋白质的结构控制生物体的性状。2.说明细胞分化是基因选择性表达的结果。3.概述生物体的表观遗传现象。1.基因控制生物体性状的途径：①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；②基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。2.细胞分化的本质是基因的选择性表达。3.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。4.基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系，一个性状可以受多个基因的影响，一个基因也可以影响多个性状。【主干知识梳理】一、基因表达产物与性状的关系1．基因对生物性状的间接控制(1)实质：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。(2)举例：皱粒豌豆的形成人的白化病的形成eq\a\vs4\al(编码淀粉分支酶的基因被插入的DNA序列打乱)↓eq\a\vs4\al(淀粉分支酶异常，活性大大降低)↓淀粉合成受阻，含量降低↓eq\a\vs4\al(淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩)eq\a\vs4\al(控制编码酪氨酸酶的基因异常)↓不能合成酪氨酸酶↓酪氨酸不能转变为黑色素↓表现出白化症状2．基因对生物性状的直接控制(1)实质：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。(2)实例：囊性纤维化的形成eq\x(编码CFTR蛋白一种转运蛋白的基因缺失3个碱基)↓eq\x(导致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸)↓eq\x(CFTR蛋白空间结构发生变化，使CFTR转运氯离子的功能出现异常)↓导致患者支气管中黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量生长繁殖，最终使肺功能严重受损二、基因的选择性表达与细胞分化1．生物体多种性状的形成，都是以细胞分化为基础的。2．细胞分化的本质：基因的选择性表达。3．表达的基因的类型(1)在所有细胞中都能表达的基因，指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的，如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因。(2)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。4．基因选择性表达的原因：与基因表达的调控有关。三、表观遗传1．概念：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。2．实例：柳穿鱼Lcyc基因和小鼠Avy基因的碱基序列没有变化，但部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达，进而对表型产生影响。这种DNA甲基化修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表型。3．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一一对应的关系。(1)一个性状可以受到多个基因的影响。(2)一个基因也可以影响多个性状。(3)生物体的性状也不完全是由基因决定的，环境对性状也有着重要影响。【教材微点发掘】1．结合教材第71页图49分析：豌豆表现为皱粒的直接原因是淀粉合成受阻，含量降低，根本原因是编码淀粉分支酶的基因结构改变，控制淀粉合成的淀粉分支酶异常。2．科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞(有细胞核)和胰岛细胞，对这3种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示(教材第72页“思考·讨论”)。回答有关问题：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＋＋＋－－＋注：“＋”表示检测发现相应的分子，“－”表示检测未发现相应的分子。(1)鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因的原因是三种细胞都是由受精卵经有丝分裂和细胞分化形成的。(2)鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞中都只检测到一种mRNA的原因是基因的选择性表达。(3)鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞中含有的mRNA和蛋白质不完全相同(填“相同”“不同”或“不完全相同”)。3．男性吸烟会把某些不良性状遗传给后代的原因是吸烟会使精子中DNA的甲基化水平明显升高，精子活力下降。新知探究(一)基因表达产物与性状的关系【探究·深化】[问题驱动]牵牛花的颜色主要是由花青素决定的。如图为花青素的合成与颜色变化途径示意图：(1)图中反映了基因控制生物体性状的哪种途径？另一条途径是什么？提示：图中反映了基因对性状的间接控制，即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。另一条途径是直接控制，即基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。(2)牵牛花的颜色只受一对基因控制吗？提示：不是。牵牛花的颜色主要由花青素决定，而花青素的合成是由多对基因共同控制的。(3)牵牛花的颜色还与细胞中的pH有关，这说明了什么？提示：说明环境因素也会影响生物体的性状。(4)牵牛花的叶肉细胞是否也含有基因①②③？也能全部表达吗？提示：牵牛花的叶肉细胞也含有基因①②③，但不能全部表达。[重难点拨]一、基因对性状控制的两种途径二、基因与性状的关系1．基因与性状的关系eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(一个基因决定一种性状,多个基因决定一种性状,一个基因影响多种性状))2．基因控制性状还受到环境的影响，生物性状是基因和环境共同作用的结果。3．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。【典题·例析】[例1](2025·湖北高考)我国科学家对三万余株水稻进行筛选，成功定位并克隆出耐碱­耐热基因ATT，发现该基因编码GA20氧化酶，从而调控赤霉素的生物合成。适宜浓度的赤霉素通过调节SLR1蛋白的含量，能减少碱性和高温环境对植株的损伤。下列叙述错误的是()A．该研究表明基因与性状是一一对应关系B．ATT基因通过控制酶的合成影响水稻的性状C．可以通过调节ATT基因的表达调控赤霉素的水平D．该研究成果为培育耐碱­耐热水稻新品种提供了新思路[解析]根据题意，研究发现的ATT基因编码GA20氧化酶调控赤霉素合成，进而影响水稻耐碱性和耐高温两个方面的性状，说明一个基因可以影响多个性状，A错误。ATT基因编码GA20氧化酶，GA20氧化酶参与调控赤霉素的生物合成，从而影响水稻的相关性状，说明ATT基因通过控制酶的合成影响水稻的性状，可以通过调节ATT基因的表达来调控GA20氧化酶的合成量，进而调控赤霉素的水平，B、C正确。成功定位并克隆出耐碱­耐热基因ATT，为培育耐碱­耐热水稻新品种提供了新思路，D正确。[答案]A[例2]下面为脉孢霉体内精氨酸的合成途径示意图，从图中可得出()A．一种物质的合成只受一个基因的控制B．基因可通过控制酶的合成来控制代谢C．若基因②不表达，则基因③和④也不表达D．若基因③不存在，则瓜氨酸仍可合成精氨酸琥珀酸[解析]由示意图可知，精氨酸的合成需要酶①②③④的参与，而它们分别受基因①②③④的控制；基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物体的性状；基因具有一定的独立性，基因②不表达时，基因③④仍可表达，只是无法合成精氨酸；若基因③不存在，酶③不能合成，则瓜氨酸→精氨酸琥珀酸的途径不能进行。故选B。[答案]B方法规律—————————————————————————————————基因控制生物性状的途径的判断(1)若生物性状直接由蛋白质体现，则应为基因控制蛋白质的结构直接控制生物性状。(2)若体现生物性状所涉及的物质并非蛋白质(如植物激素)，则基因对其的控制往往是通过“控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状”这一间接途径实现的。—————————————————————————————————————【应用·体验】1．研究表明，遗传引起近视的因素占40%，不良用眼习惯因素占60%。遗传性高度近视受染色体上一对基因(A、a)控制，如果父母都是遗传性高度近视，子代100%高度近视；如果父母视力正常但都携带高度近视的基因，子代患高度近视的概率约为1/4，且男女患病概率相同。下列分析不合理的是()A．遗传性高度近视的两人的基因型不一定相同B．遗传性高度近视受常染色体上隐性基因控制C．高度近视的表现是基因和环境共同作用的结果D．高度近视基因控制近视是通过控制蛋白质合成实现的解析：选A如果父母视力正常但都携带高度近视的基因，子代患高度近视的概率约为1/4。说明视力正常对遗传性高度近视为显性，男女患病概率相同，故遗传性高度近视基因位于常染色体上，遗传性高度近视人的基因型一定是aa，A不合理，B合理；遗传引起近视的因素占40%，不良用眼习惯因素占60%，说明高度近视的表现是基因和环境共同作用的结果，C合理；基因通过控制蛋白质合成控制生物性状，所以高度近视基因控制近视是通过控制蛋白质合成实现的，D合理。2．如图表示基因的作用与性状的表现之间的关系，下列相关叙述正确的是()A．①过程与DNA复制的共同点是都以DNA的一条链为模板，在DNA聚合酶的作用下进行B．③过程直接需要的物质或结构有mRNA、氨基酸、tRNA、核糖体、酶、ATPC．人的囊性纤维化症和苯丙酮尿症都是基因通过控制蛋白质结构直接影响表现性状的D．HIV、大肠杆菌及T2噬菌体都可以在人体细胞内进行①③这两个基本过程解析：选B①过程是转录，是以DNA的一条链为模板，在RNA聚合酶的作用下进行的；DNA复制以DNA双链为模板，需要DNA聚合酶和解旋酶的参与，A错误。苯丙酮尿症是患者体内某种酶的合成受阻导致的，是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的，C错误。T2噬菌体的宿主细胞是大肠杆菌细胞，不能侵染人体细胞，D错误。新知探究(二)基因的选择性表达与细胞分化【探究·深化】[问题驱动](1)如图表示同一个体的5种细胞中5种基因的表达情况，根据细胞的结构和功能可以判断，5种细胞中除RNA聚合酶基因均需表达外，还可能有哪些基因均需要表达？提示：ATP合成酶基因、呼吸酶基因、解旋酶基因和核糖体蛋白基因等。(2)同一个体不同的体细胞由于分化形成了不同的形态、结构，不同细胞形态、结构不同的根本原因和直接原因分别是什么？提示：不同细胞形态、结构不同的根本原因是基因的选择性表达，直接原因是合成了特定的蛋白质。(3)细胞中的基因能否表达，受到精确的调控。基因表达的调控，可能发生在基因表达的哪些环节？提示：转录和翻译。[重难点拨](一)细胞分化1．细胞分化的标志①分子水平：基因选择性表达，合成了某种细胞特有的蛋白质，如卵清蛋白、胰岛素。②细胞水平：形成不同种类的细胞。(2)分化细胞表达的基因：所有管家基因和部分奢侈基因。(3)细胞分化的“变”与“不变”①不变：DNA、tRNA、rRNA、细胞的数目。②改变：mRNA、蛋白质的种类，细胞的形态、结构和功能。(二)表观遗传(1)表观遗传的原因：DNA甲基化，构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰。(2)表观遗传的特点①可遗传：基因表达和表型可以遗传给后代。②不变性：基因的碱基序列保持不变。③可逆性：DNA的甲基化修饰可以发生可逆性变化，即被修饰的DNA可以发生去甲基化。(3)理解表观遗传注意三个问题①表观遗传不遵循孟德尔遗传规律。②表观遗传可以通过有丝分裂和减数分裂传递被修饰的基因。③表观遗传一般是影响到基因的转录过程，进而影响蛋白质的合成。【典题·例析】[例1]分别用β­珠蛋白基因、卵清蛋白基因和丙酮酸激酶(与细胞呼吸相关的酶)基因的片段为探针，与鸡的红细胞、输卵管细胞和胰岛细胞中提取的总RNA进行分子杂交，结果见表。下列叙述错误的是()探针β珠蛋白基因卵清蛋白基因丙酮酸激酶基因红细胞＋－＋输卵管细胞－＋＋胰岛细胞－－＋注：“＋”表示阳性，“－”表示阴性。A．在红细胞中，β珠蛋白基因处于活动状态，卵清蛋白基因处于关闭状态B．输卵管细胞的基因组DNA中存在卵清蛋白基因，缺少β珠蛋白基因C．丙酮酸激酶基因的表达产物对维持鸡细胞的基本生命活动很重要D．上述不同类型细胞的生理功能差异与基因的选择性表达有关[解析]根据题意和表中内容分析可知，β珠蛋白基因在红细胞中表达，卵清蛋白基因在输卵管细胞中表达，丙酮酸激酶基因在三种细胞中都能表达，说明在红细胞中β珠蛋白基因处于活动状态，卵清蛋白基因处于关闭状态，A正确。由于鸡的体细胞是由一个受精卵分裂、分化而来的，体细胞中的遗传物质相同，因此，输卵管细胞的基因组DNA中既有卵清蛋白基因，又有β珠蛋白基因，但β珠蛋白基因在输卵管细胞中因关闭而无法表达，B错误。由于丙酮酸激酶基因控制丙酮酸激酶的合成，与细胞呼吸有关，所以该基因的表达产物能够保障鸡的正常细胞呼吸，对维持鸡的基本生命活动中能量的供应起重要作用，C正确。同一生物体不同的体细胞中基因组成相同，功能不同是细胞中基因选择性表达的结果，D正确。[答案]B[例2](2025·江苏高考)甲基化读取蛋白Y识别甲基化修饰的mRNA，引起基因表达效应改变，如图所示。下列相关叙述正确的是()A．甲基化通过抑制转录过程调控基因表达B．图中甲基化的碱基位于脱氧核糖核苷酸链上C．蛋白Y可结合甲基化的mRNA并抑制表达D．若图中DNA的碱基甲基化也可引起表观遗传效应[解析]由图可知，甲基化修饰发生在mRNA上，即图中甲基化的碱基位于核糖核苷酸链上，图中甲基化影响翻译过程，没有影响转录过程，A、B错误。由图可知，被蛋白Y结合的甲基化修饰mRNA可以正常表达出肽链，没有被蛋白Y结合的甲基化修饰mRNA则被降解，不能翻译产生蛋白质，C错误。DNA的碱基甲基化也属于表观遗传，也可引起表观遗传效应，D正确。[答案]D易错提醒—————————————————————————————————表观遗传与表型模拟辨析(1)相同点：表观遗传与表型模拟都是由环境改变引起的性状改变，遗传物质都没有改变。(2)不同点：表观遗传是可以遗传的，表型模拟引起的性状改变是不可以遗传的。—————————————————————————————————————【应用·体验】1．下列属于表观遗传现象的是()A．基因突变使小麦获得抗病能力B．染色体片段位置颠倒使果蝇形成卷翅C．碱基对替换导致人患镰状细胞贫血症D．柳穿鱼Lcyc基因高度甲基化影响其表达解析：选D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。A、B、C项的碱基序列发生了变化，不属于表观遗传；柳穿鱼Lcyc基因高度甲基化影响其表达，碱基序列没有变化，基因表达发生变化，属于表观遗传，D正确。2．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。男性吸烟者的精子活力下降，精子中的DNA甲基化水平明显升高。下列叙述错误的是()A．吸烟男性细胞内的基因序列即使保持不变，但基因表达也会受到抑制，影响性状B．吸烟者后代也可以出现上述变化，该现象属于表观遗传C．吸烟导致相关基因碱基对的种类和数目改变引起的肺癌也属于表观遗传现象D．DNA甲基化以及组蛋白变化都会影响基因选择性表达解析：选C相关基因碱基对的种类和数目改变导致DNA序列改变，不属于表观遗传，C错误。[课时跟踪检测][理解·巩固·落实]1．判断下列叙述的正误，对的打“√”，错的打“×”。(1)白化病是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状的。(×)(2)核糖体蛋白基因几乎在所有细胞中表达。(√)(3)同卵双胞胎具有的微小差异与表观遗传有关。(√)(4)基因与性状的关系是一一对应的线性关系。(×)(5)生物性状是由基因型和环境共同控制的。(√)(6)基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用。(√)2．下列关于基因与性状关系的叙述，错误的是()A．一对相对性状可由多对基因控制B．基因可通过控制酶的合成进而控制生物体的性状C．隐性基因控制的性状不一定得到表现D．基因型相同，表型就相同解析：选D一对相对性状可由一对或多对基因控制；基因可通过控制酶的合成或蛋白质的结构来控制生物体的性状；隐性基因控制的性状可能被显性性状掩盖，如Aa表现为A基因控制的性状；基因型与环境条件共同决定生物性状，因此基因型相同，环境不同时，表型不一定相同。3．人类镰状细胞贫血是由编码血红蛋白的基因异常引起的，这说明了()A．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B．基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状C．基因与环境相互作用共同调控生物体的性状D．基因和性状间不是简单的线性关系解析：选B人类镰状细胞贫血是由于编码血红蛋白的基因异常不能控制合成正常的血红蛋白，从而使红细胞形态结构异常，因此体现了基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。故选B。4．细胞分化是奢侈基因选择性表达的结果。下列属于奢侈基因的是()A．血红蛋白基因 B．ATP合成酶基因C．DNA解旋酶基因 D．核糖体蛋白基因解析：选AB、C、D项所述基因是所有活细胞中都表达的基因，而A项中血红蛋白基因只有在红细胞中才能表达，因此血红蛋白基因属于奢侈基因。5．(2024·广西高考适应考)启动子中CpG岛上的胞嘧啶发生甲基化修饰，会使启动子区高度螺旋化，还会导致()A．相关基因的表达受到影响B．CpG岛的甲基化引发基因突变C．相关基因编码区的碱基序列改变D．单链中相邻的CG碱基之间氢键断裂解析：选A启动子发生了甲基化修饰，会使染色质高度螺旋化，凝缩成团，不利于RNA聚合酶与被甲基化修饰的启动子结合，影响相关基因的转录，最终影响基因的表达，但并不改变基因编码区的碱基序列，A正确，B、C错误；被甲基化的DNA单链上相邻的C和G之间不是通过氢键连接，而是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接，D错误。6．(2025·河南高考)构成染色体的组蛋白可发生乙酰化。由组蛋白基因表达到产生乙酰化的组蛋白，需经历转录、转录后加工、翻译、翻译后加工与修饰等过程。下列叙述错误的是()A．组蛋白乙酰化不改变自身的氨基酸序列但可影响个体表型B．具有生物活性的tRNA的形成涉及转录和转录后加工过程C．编码组蛋白的mRNA上结合的核糖体数量不同，可影响翻译的准确度和效率D．组蛋白乙酰化发生在翻译后，是基因表达调控的结果，也会影响基因的表达解析：选C组蛋白乙酰化不改变自身的氨基酸序列，但能降低染色质的紧密程度，从而促进基因的表达，可影响个体表型，A正确；具有生物活性的tRNA的形成，需要DNA转录，还需要转录后加工形成“三叶草”结构，B正确；编码组蛋白的mRNA上结合的核糖体数量不同，会影响翻译效率，但不会影响翻译的准确度，C错误；组蛋白乙酰化发生在翻译出组蛋白后，是基因表达调控的结果，也会影响基因的表达，D正确。7．人体内苯丙酮酸过多可引起苯丙酮尿症，如图表示人体内苯丙氨酸的代谢途径，据图分析错误的是()A．基因1不正常而缺乏酶1可能引起苯丙酮尿症B．由苯丙氨酸合成黑色素需要多个基因控制C．该图说明基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状D．基因2突变而缺乏酶2将导致人患白化病解析：选C由题图可知，基因1不正常而缺乏酶1，会导致苯丙氨酸不能合成酪氨酸，则苯丙氨酸只能在细胞中代谢生成苯丙酮酸，导致苯丙酮尿症，A正确；由苯丙氨酸合成黑色素需要酶1、酶2的作用，即需要基因1、基因2的控制，B正确；题图体现了基因通过控制酶的合成来控制生物代谢过程，进而控制生物体的性状，C错误；基因2突变，导致酶2不能合成，从而不能形成黑色素，使人患白化病，D正确。8．(2023·湖南高考，改编)酗酒危害人类健康。乙醇在人体内先转化为乙醛，在乙醛脱氢酶2(ALDH2)作用下再转化为乙酸，最终转化成CO2和水。头孢类药物能抑制ALDH2的活性。ALDH2基因某突变导致ALDH2活性下降或丧失。在高加索人群中该突变的基因频率不足5%而东亚人群中高达30%。下列叙述错误的是()A．相对于高加索人群，东亚人群饮酒后面临的风险更高B．患者在服用头孢类药物期间应避免摄入含酒精的药物或食物C．ALDH2基因突变人群对酒精耐受性下降，表明基因通过蛋白质控制生物性状D．饮酒前口服ALDH2酶制剂可催化乙醛转化成乙酸，从而预防酒精中毒解析：选DALDH2基因突变会使ALDH2活性下降或丧失，使乙醛不能正常转化成乙酸，导致乙醛积累危害机体，东亚人群中ALDH2基因发生该突变的基因频率较高，故与高加索人群相比，东亚人群饮酒后面临的风险更高，A正确；头孢类药物能抑制ALDH2的活性，使乙醛不能正常转化成乙酸，导致乙醛积累危害机体，故患者在服用头孢类药物期间应避免摄入含酒精的药物或食物，B正确；ALDH2的化学本质是蛋白质，ALDH2基因突变人群对酒精耐受性下降，表明基因通过蛋白质控制生物性状，C正确；酶制剂可被胃蛋白酶消化，故饮酒前口服ALDH2酶制剂不能加速乙醛分解为乙酸，不能预防酒精中毒，D错误。9．科学家曾做过这样的实验：野生长翅果蝇幼虫在25℃条件下培养皆为长翅，在35℃条件下处理6～24h后培养得到残翅(已知野生果蝇皆为长翅)。如何解释这一现象呢？请你对出现残翅果蝇的原因提出你的假设，并进一步设计实验验证你的假设。(1)假设：___________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)基因对性状的控制有两种情况：甲基因通过控制______