《基因表达与性状的关系》课件

4.2基因表达与性状的关系第四章基因的表达知识回顾1.基因表达包含转录和翻译两个过程，请从模板、原料、酶、产物、场所等五个方面来比较转录和翻译过程。2.密码子位于________，反密码子位于_______。3.请用文字加箭头画出中心法则（注意区分实线和虚线）。项目转录翻译模板原料酶产物场所DNA的一条链mRNA4种核糖核苷酸21种氨基酸RNA聚合酶单链RNA主要在细胞核多种酶多肽链（蛋白质）核糖体mRNAtRNA4.2基因表达与性状的关系教学目标1.生命观念（1）通过学习皱粒豌豆形成机制、白化病致病原因及囊性纤维化致病原因，理解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）通过比较同一生物体3种细胞中DNA和mRNA的检测结果，说明细胞分化是基因选择性表达的结果。2.科学思维（1）通过分析柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传现象，归纳概括表观遗传现象。（2）阐明基因、环境与性状之间的复杂关系，认同生命的复杂性。《基因的表达》新课导入叶呈扁平状叶呈丝状讨论：1.这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？受精卵叶呈扁平状与丝状

（基因组成

）2.这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的？基因：遗传效应的DNA片段，可控制性状蛋白质：生命活动的主要承担者性状：形态、结构和生理生化等特征（叶形）基因、蛋白质、性状、环境之间是什么关系呢？请你作出假设。相同有丝分裂基因表达产物与性状的关系例1：孟德尔豌豆实验中，圆粒是由基因____控制，皱粒由____控制，如何从基因表达的层面做出科学的解释呢？（P71）编码淀粉分支酶的基因_____________酶淀粉合成淀粉含量______淀粉能__________DNA中插入了一段外来DNA打乱了编码淀粉分支酶_______淀粉分支酶出现______，活性_______淀粉含量_____豌豆______而皱缩淀粉分支高低失水异常降低基因保留水分指导合成催化引起基因表达产物与性状的关系例2：分析人的白化症状形成的原因（P71），思考回答如下问题：1.回忆酶的化学本质，结合中心法则，分析酶缺乏的原因。2.回忆酶在细胞代谢中的作用，分析酶缺乏会产生什么结果。3.用文字和箭头总结基因、酶与性状之间的关系。基因表达产物与性状的关系例3：分析囊性纤维化的症状形成的原因（P72），思考回答如下问题：1.囊性纤维化形成的原因是什么？2.用文字和箭头总结基因、基因表达产物与性状之间的关系。基因表达产物与性状的关系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。

你觉得为何？基因表达产物与性状的关系分析上表，小组合作探究回答如下问题：1.分析表中信息，你能得出什么结论？2.这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？3.3种细胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因，但只检测到其中一种基因的mRNA事实说明了什么？4.3种细胞中有表达情况相同的基因吗？说明理由。5.请根据基因在不同类型细胞中的表达情况，尝试对基因进行分类，并对基因种类进行“命名”。6.造成同一生物体不同类型的细胞的形态、结构和功能差异的原因是什么？并尝试归纳概括细胞分化的本质。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+++--+说明：“+”表示检测发现相应的分子，“-”表示检测未发现相应的分子。1.3种细胞中基因相同，但mRNA不同。2.这3种细胞中合成的蛋白质有差异，如输卵管细据胞能合成卵清蛋白，不合成珠蛋白和胰岛素。3.细胞中基因的表达存在选择性。4.有，ATP合成酶基因细胞呼吸酶基因等在所有细胞中都表达。5.管家基因：在所以细胞都表达的基因；奢侈基因：只在某类细胞中特异性表达的基因。6.每种类型的细胞只表达一部分基因，即基因表达的差异产生了不同类型的细胞。细胞分化的本质是基因的选择性表达。基因表达产物与性状的关系1.下表是5种基因在几种细胞中表达的情况，相关叙述错误的是（）A.细胞呼吸酶基因和核糖体rRNA基因在所有细胞中均表达B.胰岛B细胞中不存在血红蛋白基因和抗体基因C.上述基因表达的差异体现了细胞分化的实质D.上述三种细胞的差异是基因选择性表达的结果基因成熟红细胞浆细胞胰岛B细胞细胞呼吸酶基因+++核糖体rRNA基因+++血红蛋白基因+--抗体基因-+-胰岛素基因--+说明：“+”表示基因开放表达，“-”基因关闭不表达B课堂小结布置作业提出问题：基因的选择性表达导致性状的差异。那么，基因表达与否以及表达水平的高低是如何受到调控的呢？以小组为单位，搜集表观遗传的资料，撰写“有趣的表观遗传现象”小论文（字数不限）。导入新课上节课学习了基因通过其表达产物——蛋白质，来控制性状，如果基因表达水平发生改变，性状也会随之发生改变，这就是有趣的表观遗传现象。表观遗传阅读P73-74页资料，小组合作探究回答问题，并尝试构建表观遗传概念模型。1.资料1中，柳穿鱼植株A和B都有______基因，但植株B的该基因被_______，导致该基因不能表达，其花表现出辐射对称。2.资料2中，子一代小鼠的基因型都是Avya，为什么却表现出不同的性状？3.DNA甲基化是指DNA片段上连接了______，该基团连接的数量越多，DNA甲基化程度______，甲基化会______基因表达。甲基化______（是/否）改变基因的碱基序列。4.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？并以此思考甲基化是否可遗传？是否遵循孟德尔遗传定律？5.用流程图梳理：柳穿鱼的花“表观遗传”机理。6.用流程图梳理：小鼠毛色“表观遗传”机理（参照上图）。7.柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传有什么共同点？8.你认为除DNA甲基化外，还有哪些在不改变基因的情况下，也会影响基因的表达呢？环境Lcyc基因被_________Lcyc基因表达Lcyc基因表达产物___引起基因修饰______导致辐射对称性花表型改变遗传子代获得被_________Lcyc基因高度甲基化抑制少高度甲基化表观遗传1.Lcyc

高度甲基化2.小鼠毛色改变的原因是Avy基因的甲基化程度不同，导致该基因的表达受到抑制的程度不同，进而影响性状。3.甲基基团越高抑制否4.F1植株具有一个正常的Lcyc基因和一个被高度甲基化的Lcyc基因，故它的花与植株A的相似；F1自交的F2中有些植株具有两个被高度甲基化的Lcyc基因，因此它们的花与植株B的相似。甲基化可以遗传，但不遵循孟德尔的遗传定律。5.6.7.基因的碱基序列保持不变，但基因的表达受到抑制，因此性状发生改变，而且这种改变可以遗传。8.染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰，RNA介导的基因沉默（如miRNA、siRNA、piRNA）。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.特点：（1）基因的碱基序列不变；（2）可遗传；（3）普遍存在于生物体生长、发育和衰老的整个生命进程中。表观遗传吸烟有害健康吗？DNA甲基化水平升高、组蛋白受到影响，精子活力下降、精子中甲基化水平明显升高，有害化学物质……与自己、家人、亲朋好友你会做些什么？基因与性状之间的复杂关系基因与性状的关系都是简单的一一对应关系吗？你如何评价基因决定生物体的性状这一观点？基因通过其表达产物控制生物性状；表观遗传（调控基因表达水平）；基因与性状不一定是一一对应关系；环境对性状造成影响基因与基因之间、基因与基因表达产物之间、基因与环境之间等都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，精细的调控着生物体的性状。基因表达产物与性状的关系分析以下案例，并回答相关问题：1.一个蜂群中，工蜂和蜂王都是由受精卵发育而来，但形态、结构、生理和行为截然不同。研究表明，蜜蜂幼虫时期，如果持续被饲喂蜂王浆，则发育成蜂王，如果被饲喂蜂蜜和花粉，则发育成工蜂，而蜂王的DNA甲基化程度低于工蜂。蜂王和工蜂的遗传物质_____（是/否）相同，其性状不同是由于营养条件不同造成____________，进而影响基因_____水平，导致幼蜂朝着不同的方向发育，这属于__________现象。2.豌豆种子可以以蔗糖为原料，在淀粉分支酶的作用下合成淀粉。淀粉的吸水能力强，淀粉含量高的豌豆表现为圆粒。豌豆的皱粒种子的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。据此推测，表现为皱粒的原因是_______________________________________________________________________________________。3.遗传学家曾做过这样的实验：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。高温培养残翅果蝇幼虫得到翅长接近正常的果蝇成虫可能是因为温度影响_____活性进而影响翅的发育，这种现象_____（是/否）属于表观遗传。4.某种猫的雄性个体有两种毛色：黄色和黑色；而雌性个体有三种毛色:黄色、黑色、黑黄相间。分析发现控制毛色的基因是位于X染色体上的一对等位基因：XO(黄色)和XB(黑色)，雄猫只有一条X染色体，因此，毛色不是黄色就是黑色。而雌猫却出现了黑黄相间的类型。（1）请填基因型：黄色雄猫______，黑色雄猫______，黄色雌猫______，黑色雌猫______，黑黄相间雌猫______。（2）请从基因表达情况角度分析出现黑黄相间雌猫可能原因是____________________________________________。基因表达产物与性状的关系1.是DNA甲基化程度表达表观遗传2.因为豌豆的皱粒种子DNA插入了一段外来的DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因，导致淀粉分支酶出现异常，活性大大降低，蔗糖转化为淀粉的代谢过程受阻，细胞内积累了大量的蔗糖，蔗糖吸水能力差，豌豆种子表现为皱粒。3.酶否4.（1）XOYXBYXOXOXBXBXOXBA级必备知识基础练123456789101112131.(山东泰安高三期末)下列有关基因和性状的叙述,正确的是(

)A.S型肺炎链球菌的有毒性状受核基因表达产物的直接控制B.基因可通过其转录产物控制代谢过程,进而控制生物体的性状C.老年人白发的原因是相关基因不能控制酪氨酸酶的合成,导致黑色素不能正常合成D.环境相同的情况下,基因型相同的个体间不会发生可遗传的表型差异B12345678910111213解析

S型肺炎链球菌的有毒性状是受多糖类荚膜控制的,它不是基因表达的直接产物,A项错误;基因可通过其表达产物酶控制代谢过程,进而控制生物体的性状,有些酶的化学本质是RNA,属于转录的产物,B项正确;老年人白发是体内酪氨酸酶的活性减弱使黑色素合成减少导致的,C项错误;环境相同的情况下,基因型相同的个体可能因为DNA甲基化、染色体的组蛋白甲基化或乙酰化,进而使个体间发生可遗传的表型差异,D项错误。123456789101112132.下列关于基因控制生物性状的叙述,错误的是(

)A.基因可以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,如白化病的发病机理B.基因可以通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状,如豌豆的圆粒和皱粒的形成C.基因中碱基排列顺序不发生改变也可能会导致生物体性状的改变D.生物体的性状除了受基因控制外,还受环境的影响B解析

豌豆的圆粒和皱粒的形成,体现了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项错误。123456789101112133.下图为人体内基因对性状的控制过程,下列叙述正确的是(

)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.图中过程①需要RNA聚合酶的催化,过程②不需要tRNA的协助C.过程④⑤的结果存在差异的根本原因是血红蛋白结构的不同D.过程①②③表明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D12345678910111213解析

人体细胞由同一个受精卵增殖、分化而来,基因1和基因2可出现在同一个细胞中;图中过程①为转录,需要RNA聚合酶的催化,过程②为翻译,需要tRNA的协助;过程④⑤的结果存在差异的直接原因是血红蛋白结构的不同。123456789101112134.如表是人体内的红细胞(未成熟)、胰岛B细胞、浆细胞内所含有的核基因及这些基因表达的情况(“+”表示该基因能表达,“-”表示该基因未表达)。下列有关说法正确的是(

)A.①②③均表示“+”B.此表说明细胞分化导致基因的选择性表达C.三种细胞中mRNA和蛋白质种类完全不同D.三种细胞的形态、结构和生理功能不完全相同的根本原因是核基因种类不完全相同细胞血红蛋白基因胰岛素基因抗体基因有氧呼吸酶基因红细胞+--+胰岛B细胞-①-+浆细胞--②③A12345678910111213解析

胰岛B细胞能合成并分泌胰岛素,胰岛素基因能表达;浆细胞能合成、分泌抗体,抗体基因能表达;三种细胞都进行有氧呼吸,有氧呼吸酶基因都能表达,A项正确。题表说明细胞分化是基因选择性表达的结果,B项错误。三种细胞中有氧呼吸酶基因都能表达,因此,三种细胞中mRNA和蛋白质种类不完全相同,C项错误。三种细胞是同一个体中的体细胞,核基因种类相同,只是表达的基因不完全相同,导致这三种细胞的形态、结构和生理功能不完全相同,D项错误。123456789101112135.下列有关基因表达或表观遗传的叙述,错误的是(

)A.柳穿鱼Lcyc基因的部分碱基发生了甲基化修饰,抑制了基因的表达B.基因组成相同的同卵双胞胎出现某种性状差异,不一定是表观遗传C.表观遗传由于碱基序列不变,不能将性状遗传给下一代D.构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰会影响基因的表达C解析

表观遗传的碱基序列虽然不发生改变,但表观遗传导致的性状改变可以遗传给下一代,C项错误。123456789101112136.(湖南益阳高一期末)下列有关表观遗传的叙述,错误的是(

)A.基因的甲基化和构成染色体的组蛋白的乙酰化均会影响基因的表达B.表观遗传表现为基因中的碱基序列不变,故不能将性状遗传给下一代C.生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中普遍存在表观遗传现象D.外界因素会影响DNA的甲基化水平,如吸烟会使人体细胞内DNA的甲基化水平升高B12345678910111213解析

基因的甲基化和构成染色体的组蛋白的乙酰化均会影响基因的表达,进而引起表型的改变,A项正确;表观遗传表现为基因中的碱基序列不变,但这种改变的性状可遗传给下一代,B项错误;表观遗传是普遍存在的,在生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中都会存在,C项正确;外界因素会影响DNA的甲基化水平,如吸烟会使人体细胞内DNA的甲基化水平升高,进而引起基因表达和表型的改变,D项正确。123456789101112137.某种实验小鼠毛色的黄色和黑色分别受Avy基因和a基因控制。纯种黄色小鼠与纯种黑色小鼠杂交,F1的毛色表现出介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型。研究表明,在Avy基因前端的一段特殊的碱基序列上具有多个可发生DNA甲基化的位点,甲基化程度越高,Avy基因的表达受到的抑制越明显。下列叙述正确的是(

)A.Avy基因和a基因在遗传中不遵循孟德尔遗传规律B.甲基化使Avy基因的碱基排序发生改变,导致F1小鼠的毛色不同、基因型不同C.DNA甲基化与组蛋白发生乙酰化修饰都是表观遗传,都可影响基因的表达D.DNA甲基化导致的生物性状改变不能遗传给后代C12345678910111213解析

控制小鼠体色的Avy基因和a基因属于等位基因,遵循孟德尔的分离定律,A项错误;甲基化修饰并未使基因的碱基序列顺序发生改变,没有产生等位基因,只是引起了基因表达和表型的改变,这种改变可以遗传给下一代,B、D两项错误;表观遗传的调节机制有DNA修饰、组蛋白修饰、非编码RNA调控、染色质重塑、核小体定位等,故甲基化、乙酰化等修饰会影响基因的表达,C项正确。123456789101112138.蜜蜂蜂王和工蜂的发育机理如图所示。该现象与Dnmt3基因有关,其表达产物(Dnmt3酶)能催化DNA的甲基化。若敲除幼虫细胞中的Dnmt3基因,幼虫都能发育成蜂王。下列有关叙述错误的是(

)A.工蜂发育过程中,细胞分化导致基因的选择性表达B.蜜蜂个体发育过程中,表型差异与环境因素有关C.DNA甲基化不会使DNA分子中的遗传信息发生改变D.蜂王浆中可能含有某种抑制Dnmt3基因表达的物质解析

工蜂发育过程中,基因的选择性表达导致细胞分化,A项错误。

A123456789101112139.白化病和黑尿病都是由酶缺陷引起的分子遗传病,前者不能由酪氨酸合成黑色素,后者不能将尿黑酸转变为乙酰乙酸,排出的尿液中因含有尿黑酸,遇空气后氧化变黑。如图表示人体内与之相关的一系列生化过程,据图分析,下列叙述不正确的是(

)A.若一个皮肤角质层细胞控制酶B合成的基因异常,不会导致白化病B.若一个胚胎干细胞控制酶D合成的基因异常,可能会导致黑尿病C.白化病和黑尿病说明基因是通过控制蛋白质的结构直接控制生物体性状的D.图中代谢过程可说明一个基因可影响多个性状,一个性状也可受多个基因控制C12345678910111213解析

白化病和黑尿病说明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性状,C项错误。12345678910111213B级关键能力提升练10.[多选]油菜的中间代谢产物磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)运输到种子后有两条转变途径,如下图所示(已知酶a能被蛋白酶水解)。科研人员根据这一机制培育出了高产油菜,其产油率由原来的35%提高到了58%。下列说法不正确的是(

)A.酶a和酶b结构的区别是氨基酸的种类、数目、排列顺序和肽链形成的空间结构不同B.油菜产油率高的原因是物质C的形成抑制了酶b合成过程中的转录阶段C.模板链转录出mRNA的过程中,碱基互补配对的方式为A—T、G—CD.由图可知,基因通过控制酶的合成直接控制生物体的性状BCD12345678910111213解析

酶a和酶b结构的区别是氨基酸的种类、数目、排列顺序和肽链形成的空间结构不同,A项正确;由图可知,基因B的模板链转录出的mRNA既可指导酶b的合成,又可参与物质C(双链RNA)的合成,可推测油菜产油率高的原因是物质C的形成抑制了酶b合成过程中的翻译阶段,B项错误;模板链转录出mRNA的过程中,碱基互补配对的方式为A—U、G—C、T—A、C—G,C项错误;由图可知,基因通过控制酶的合成间接控制生物体的性状,D项错误。1234567891011121311.[多选]遗传学家做过这样的实验:果蝇幼虫正常的培养温度是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培养,产生的后代仍然是残翅果蝇。分析以上实验内容,下列说法正确的是(

)A.将刚孵化的残翅果蝇幼虫放在25℃的环境中培养,成虫仍将是残翅B.上述果蝇翅形变化的现象属于表观遗传C.这种实验现象可能是温度影响了酶的活性造成的D.果蝇的翅形是基因和环境共同作用的结果ACD解析

残翅性状由基因决定,但也受环境温度影响,故说明基因控制生物体的性状,而性状的形成受环境的影响,该现象不属于表观遗传,B项错误。

1234567891011121312.(山东滨州高一期末)在乌龙茶加工过程中,茶叶受到连续损伤胁迫,一方面组蛋白脱乙酰酶CsHDA8的表达量降低,另一方面结合在吲哚合成关键基因CsTSB2启动子上的CsHDA8也减少,使得乙酰化水平升高,染色质结构变得松散