1.3基因选择性表达导致细胞的差异化课件2023-2024学年高一下学期生物沪科版必修2

第3节 基因选择性表达导致细胞的差异化 必修2 遗传与进化 第1章 遗传的分子基础 本堂重点 1.细胞分化的本质？细胞分化有哪些调控方式？ 2.什么是表观遗传？其主要方式有哪些？ 大肠杆菌在同时含有葡萄糖和乳糖的环境中，必须先将葡萄糖全部消耗完后，才会开始摄取乳糖，这是为什么？ 观看视频《乳糖操纵子》 关闭或启动一些基因的表达， 通过刚才的例子可以看出 大肠杆菌能够根据所处的环境在转录水平对一些基因的表达进行调控 此外，在很多生物中还存在转录后水平调控、 翻译水平调控和翻译后水平调控 依赖这些调控方式，机体或者细胞可以根据环境的变化作出响应 这些调控方式有什么作用？ 这就是基因的选择性表达 什么是胚胎发育？ 为什么受精卵经过有丝分裂产生的最初2个子细胞就能向不同方向进行分化？ 由一个受精卵经过多次细胞分裂形成胚胎的过程称为胚胎发育 受精卵第一次细胞分裂时，胞质分裂是不均等的 这使得分裂产生的两个子细胞的内容物岀现差异 这种差异进一步导致这两个细胞中基因表达不完全相同 即基因的选择性表达，从而导致进一步的细胞分化 干细胞在分化的不同阶段开启某些特定基因的表达，从而分化为不同类型的细胞， 在胚胎发育早期会产生一种可以分化形成所有种类细胞的细胞 称为胚胎干细胞 胎儿的各种细胞是由什么细胞分化而来的？ 包括肝细胞、血细胞和肌细胞等 果蝇中有一类基因，在果蝇早期胚胎的不同细胞中表达不同 有科学家通过人为干预果蝇的胚胎发育，使原来长触角的位置长出了足，这是怎么做到的? 使得不同细胞向着形成不同器官的方向进行分化 上图中用不同色块显示了果蝇的部分基因以及表达区域的对应关系 其中Antp基因在将要形成第二对足的细胞中表达 如果人为干预，使基因在将要形成触角的细胞中表达 原来长触角的位置就会长出足 为什么同卵双胞胎的碱基序相同， 但一人擅长理科学科，文科薄弱，另一人却擅长文科学科，理科薄弱？ 观看视频《表观遗传学》 在基因的碱基序列没有改变的情况下， 主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和RNA干扰等 基因表达的过程也会受影响，从而使细胞或生物个体的表型发生可遗传的改变， 称为表观遗传 表观遗传现象也是一类基因表达调控的机制 广泛存在于真核生物细胞分化和个体发育过程中 什么是表观遗传? 表观遗传的类型有哪些？ 在酶的催化下，DNA中的某些胞嘧啶会发生甲基化，阻碍转录的发生 使甲基化部位的基因不能表达 DNA甲基化能够调控基因表达和个体发育 并能够在亲代和子代间传递表观遗传信息 什么是DNA甲基化？有什么作用？ 为什么进行同等强度的锻炼，儿童的肌肉增长量不如成年人多？ 会增加子代患糖尿病的风险 肌肉组织不同部位的DNA甲基化水平存在差异 且随着生长发育的进行, DNA甲基化程度下降 DNA甲基化异常可能导致细胞分化和个体发育发生改变 例如，糖尿病前期雄性小鼠的精子中存在DNA甲基化异常 人体肌细胞的分化和肌肉组织的发育受DNA甲基化调控 DNA甲基化异常会造成什么影响？ 染色质中的DNA和蛋白质是以何种形式共存的？ 形成在电子显微镜下可观察到的“串珠”结构 真核细胞染色质的基本结构是由DNA和五种组蛋白（Hl、H2A、H2B、H3和H4）组成的核小体 核小体之间由一段短的DNA相连 组蛋白能够与DNA紧密结合, 保护DNA免受细胞内外环境的影响，增强DNA的稳定性 在转录水平对基因表达进行调控 同时，这种紧密结合也阻碍RNA聚合酶与DNA的结合 为什么真核生物细胞核中的DNA不裸露存在，而要与组蛋白结合在一起？ 在酶的作用下，染色质中的组蛋白可被乙酰基、甲基等特定的化学基团修饰 致使某些基因过度表达，可能引发系统性红斑狼疮 使组蛋白与DNA结合的紧密程度发生改变 从而促进或关闭相关基因的表达 例如，组蛋白甲基化修饰水平发生改变,组蛋白H4乙酰化水平升高 然而却意外地发现矮牵牛的花瓣变成了白色或杂色 20世纪末，研究人员向蓝紫色矮牵牛中转入了紫色素合成酶基因 希望能使花瓣变得更紫、更鲜艳 为什么紫色素合成酶基因的数量变多了，合成的色素却减少了？ 观看视频《RNA干扰》 当外源的紫色素合成酶基因进入矮牵牛细胞后 使这条mRNA被切割，从而阻断了翻译过程, 这个过程称为RNA干扰 随机整合到宿主的染色体上 该外源基因进行转录后，产生的RNA可能形成局部双链 宿主细胞中的一种特殊的核酸酶（Dicer） 可以识别这种“异常的”双链RNA 并将其切割成21-25bp的RNA片段（siRNA） siRNA可与一些蛋白质结合形成复合体 复合体中siRNA的一条链被降解 另一条链可与其碱基互补的mRNA结合 可与siRNA互补的mRNA是哪里来的？ 由矮牵牛细胞中原有的紫色素合成酶基因转录产生的 科学研究中，RNA干扰技术常被用于抑制特定基因的表达 可利用R