4.2基因表达与性状的关系课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修

第2节

基因表达与性状的关系课标定位1.基因表达产物与性状的关系结合具体实例,概述基因控制性状的两条途径;阐明基因表达产物与性状的关系。2.基因的选择性表达与细胞分化知道细胞分化的实质就是基因的选择性表达;理解基因的选择性表达是由于细胞有调控基因表达的机制。3.表观遗传举例说明表观遗传的类型及对基因表达的影响。素养阐释1.通过了解基因与性状之间关系的复杂性,认同生物学中因果关系的复杂性;学习和研究生物学需要摈弃简单机械的线性决定论的思维模式,尝试对复杂事物进行多角度、多因素的分析。2.通过了解表观遗传的发现过程,认同科学是不断发展的,科学概念也是在不断更新或修正的,人们对自然界的探究永无止境。自主预习·新知导学合作探究·释疑解惑课堂小结

自主预习·新知导学一、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)实例

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。同一生物体中不同类型的细胞,基因都是相同的,而形态、结构和功能却各不相同。2.表达的基因大致可以分为两类:一类是在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需的,如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因;另一类是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。3.细胞分化的本质是基因的选择性表达。基因的选择性表达与基因表达的调控有关。【思考】

人表皮细胞和肝细胞中的蛋白质种类存在差异,根本原因是什么?提示:不同细胞中的遗传物质相同,选择表达的基因不同,产生的mRNA不同,合成的蛋白质存在差异。三、表观遗传1.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。如柳穿鱼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。2.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。四、基因与性状的关系1.基因通过其表达产物——蛋白质来控制性状,细胞内的基因表达与否以及表达水平的高低都是受到调控的。2.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)生物体的一个性状可以受到多个基因的影响,如人的身高。(2)一个基因也可以影响多个性状,如水稻中的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作用。(3)生物体的性状不完全是由基因决定的,环境对性状也有重要影响。【预习检测】

1.判断正误。(1)囊性纤维化的形成说明基因可通过控制蛋白质的结构直接控制性状。(

)(2)细胞分化是基因选择性表达的结果。(

)(3)吸烟会使人的体细胞内DNA的甲基化水平升高。(

)(4)生物体的基因型相同,表型就一定相同。(

)(5)基因与性状是一一对应的关系。(

)(6)生物的性状是由基因和环境共同控制的。(

)√√√××√2.连线。

3.豌豆的某突变体中编码淀粉分支酶的基因(R)被插入的DNA序列打乱,导致淀粉分支酶不能合成,无法催化蔗糖合成淀粉,造成种子中积累较多的甜度较淀粉高、亲水能力较淀粉差的蔗糖,因而表现为甜和皱缩的新性状。上述实例说明(

)A.一个基因可以影响多个性状B.一个性状可以受多个基因的影响C.性状是基因和环境共同作用的结果D.基因和性状之间是一一对应的关系答案:A

合作探究·释疑解惑知识点一知识点二知识点三基因表达产物与性状的关系问题引领1.下图为豌豆的圆粒和皱粒的形成机理图解。图中豌豆为圆粒或皱粒与哪种基因和酶有关?为什么相关基因异常则为皱粒?提示:豌豆为圆粒或皱粒与豌豆的淀粉分支酶基因及其表达的产物——淀粉分支酶有关。如果淀粉分支酶基因异常,则合成的淀粉分支酶异常,活性大大降低,导致淀粉合成受阻,含量降低。淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩,表现为皱粒。2.下图为囊性纤维化的形成机理图,请回答下列问题。编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基↓CFTR蛋白结构异常,导致功能异常↓患者支气管内黏液增多,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(1)囊性纤维化的直接病因是什么?根本病因又是什么?提示:囊性纤维化的直接病因是CFTR蛋白空间结构异常,根本病因是编码CFTR蛋白的基因缺失了3个碱基。(2)豌豆圆粒、皱粒的形成和囊性纤维化的形成分别属于基因控制性状的哪种方式?提示:豌豆圆粒、皱粒的形成属于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。囊性纤维化的形成属于基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。归纳提升1.基因控制性状的方式2.基因与性状的关系整合

典型例题下图为人体内基因对性状的控制过程,下列分析正确的是(

)A.基因1和基因2一般不会出现在人体内的同一个细胞中B.图中①过程需要RNA聚合酶的参与,②过程需要tRNA的协助C.④⑤过程的结果存在差异的根本原因是血红蛋白结构的不同D.①②③过程表明基因通过控制酶的合成来控制生物体的所有性状答案:B解析:同一个体的体细胞是由受精卵经过有丝分裂产生的,细胞核基因相同,因此基因1和基因2一般会出现在人体内的同一个细胞中。图中①过程是转录,需要RNA聚合酶的参与,②过程是翻译,需要tRNA运输氨基酸到核糖体上。④⑤过程的结果存在差异的根本原因是编码血红蛋白的基因不同,直接原因是血红蛋白的结构不同。图中①②③过程说明基因可以通过控制酶的合成来控制生物体的性状,基因还可以通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。【变式训练】

囊性纤维化是一种遗传病。在大约70%的囊性纤维化患者体内,编码CFTR蛋白(一种转运蛋白)的基因缺失了3个碱基,导致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸,其空间结构发生变化,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。下列理解错误的是(

)A.从个体水平看,患者的性状已发生改变B.从细胞水平看,患者肺组织细胞膜的功能已发生改变C.从分子水平看,患者的基因的结构没有发生改变D.此病可以说明基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状答案:C解析:囊性纤维化的根本病因是编码CFTR蛋白的基因发生突变,所以基因结构已发生改变。囊性纤维化发病的直接原因是CFTR蛋白发生改变,所以此病可以说明基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。基因的选择性表达与细胞分化问题引领1.阅读教科书第72页思考·讨论“分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果”,回答下列问题。(1)资料中所给3种细胞合成的蛋白质种类有什么差别?提示:鸡的输卵管细胞能合成卵清蛋白,红细胞能合成珠蛋白,胰岛细胞能合成胰岛素。(2)3种细胞的DNA中都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因,但只检测到其中一种基因对应的mRNA,这一事实说明了什么?提示:不同的细胞选择性表达了不同的基因。2.同一个体的细胞由于分化具有了不同的形态、结构,其根本原因和直接原因分别是什么?提示:同一个体不同细胞的形态、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。归纳提升1.分化细胞表达的基因下图是人体3种细胞内的部分基因及它们的活动状态示意图。分化细胞表达的基因划分为两类。如a是指所有细胞均表达的一类基因,其表达产物是维持细胞基本生命活动所必需的;b、c、d是指不同类型细胞特异性表达的一类基因,其产物赋予不同细胞特异性的生理功能。2.细胞分化的“变”与“不变”(1)不变:DNA、tRNA、rRNA的种类,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。3.细胞分化的标志(1)分子水平:合成了某种细胞特有的蛋白质,如唾液淀粉酶、胰岛素等。(2)细胞水平:形成不同种类的细胞。典型例题鸡的输卵管细胞能合成卵清蛋白,红细胞能合成珠蛋白,胰岛细胞能合成胰岛素。用编码上述蛋白质的基因分别作探针(基因探针,即核酸探针,是一段带有检测标记且碱基序列已知的,与特定核苷酸序列互补的核酸序列),对从3种细胞中提取的总DNA(用相关酶切成片段)进行杂交实验。用同样的3种基因片段作探针,对从上述3种细胞中提取的总RNA进行杂交实验。实验结果如下表。下列叙述正确的是(

)注“+”表示杂交过程中有杂合双链;“-”表示杂交过程中无杂合双链。A.胰岛细胞中只有胰岛素基因B.上述3种细胞的分化是由细胞在发育过程中某些基因丢失所致C.红细胞在成熟过程中选择性地表达了珠蛋白基因D.在输卵管细胞中无珠蛋白基因和胰岛素基因答案:C解析:鸡的胰岛细胞、输卵管细胞和红细胞都来自受精卵,细胞中的核基因相同。细胞分化是基因选择性表达的结果,如红细胞中选择性地表达了珠蛋白基因,而在另外2种细胞中珠蛋白基因没有表达。【变式训练】

1.下列有关细胞分化的叙述,错误的是(

)A.在个体发育过程中,有序的细胞分化能够增加细胞的类型B.从细胞器水平分析,细胞分化是细胞器的种类、数目改变的结果C.细胞分化使各种细胞的遗传物质有所差异,导致细胞的形态和功能各不相同D.从蛋白质角度分析,细胞分化是蛋白质的种类、数量改变的结果,这是细胞分化的直接原因答案:C解析:细胞分化的过程中,细胞会在形态、结构等方面发生稳定性差异,故能够增加细胞的类型,A项正确。细胞分化的过程中,细胞的功能会出现差异,细胞器的种类、数目均会发生改变,B项正确。细胞分化的过程中,各种细胞的核遗传物质不发生改变,C项错误。细胞分化的实质是基因的选择性表达,故蛋白质的种类、数量的改变是细胞分化的直接原因,D项正确。2.理论上,同一个人的表皮细胞的细胞核与神经细胞的细胞核内所含DNA的量相同,但这2种细胞所含的蛋白质的量不同,其原因不包括(

)A.不同细胞被活化的基因不一样多,所以合成的蛋白质不一样多B.不同组织细胞内同一基因的表达存在差异C.同一个人不同细胞的细胞核中基因的数量不同,所以合成的蛋白质数量不同D.不同细胞中基因的表达具有特异性的调节机制,所以合成的蛋白质不同答案:C解析:同一个人的表皮细胞的细胞核与神经细胞的细胞核内所含基因的数量相等。细胞分化的本质是基因的选择性表达,这种表达具有一定的调控机制。表观遗传、基因表达与性状的关系问题引领1.阅读教科书第73页思考·讨论“柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传”,分析柳穿鱼和小鼠性状改变的原因。提示:柳穿鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。植株A、植株B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了。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越明显,小鼠体毛的颜色就越深。2.生物的表观遗传只是因为基因的碱基被甲基化吗?提示:不一定。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。3.同一株水毛茛上,裸露在空气中的叶是扁平的,而浸在水中的叶深裂成丝状。(1)水毛茛的叶扁平或呈丝状,能否说明形状不同的叶中基因不同?这两种形态的叶,其细胞的核基因是否相同?为什么?叶的形状不同的原因是什么?提示:不能,水毛茛不同形状叶中的基因是相同的。相同。因为这两种形态叶的细胞都是由同一个受精卵分裂、分化而来的。叶的形状不同是由生活环境引起的。(2)基因型相同,表型是否一定相同?请说明基因、性状和环境之间的关系。提示:不一定相同。生物体的性状不完全由基因决定,环境对性状也有着重要影响。归纳提升基因与性状的关系(4)生物的性状还受环境条件的影响,生物的性状是基因型和环境条件共同作用的结果。如水毛茛,其裸露于空气中的叶为扁平状,而浸在水中的叶却为丝状。典型例题已知基因的甲基化不改变基因的碱基序列,但可以抑制基因的表达,如A基因甲基化后不能表达,从而使基因型为Aa的个体表现出与基因型为aa的个体相同的性状(突变型)。一对杂合野生型小鼠杂交,后代野生型和突变型的比例为1∶1。研究发现,亲代小鼠的a基因均被甲基化,而在形成配子时亲代的甲基化全部被抹去,并且可能进行了新的甲基化。下列说法错误的是(

)A.亲代产生的雌雄配子的基因型各有2种,且比例为1∶1B.可能2种雌配子都没有甲基化,2种雄配子都甲基化C.可能雌配子中甲基化的基因都是A,雄配子中甲基化的基因都是aD.可能雌雄配子中均各有一半A基因和一半a基因发生甲基化答案:D解析:亲本为一对杂合野生型小鼠,即基因型均为Aa