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2

第4章 基因的表达 第2节 基因表达与性状的关系 1 学习 目标 1.通过实例分析，理解基因、性状与蛋白质的关系。 2.运用归纳法，明确基因控制性状的两种途径。 3.通过实例分析，理解表观遗传及其产生的原因。 4.通过对实验结果的分析，理解细胞分化的实质。 2 基础落实·必备知识全过关 3 知识点一 基因表达产物与性状的关系 1. 间接途径：基因通过控制__________来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。 酶的合成 （1） 途径：基因 ____的合成 ______过程 生物体的性状。 酶 代谢 （2） 举例 ①豌豆的圆粒与皱粒 圆粒豌豆：______含量高 成熟时吸水胀大； 皱粒豌豆：编码淀粉分支酶的基因被插入的 序列打乱 ____________异常，活 性大大降低 淀粉合成受阻，含量降低 成熟时失水皱缩。 ②人白化病的形成：编码__________的基因异常 不能合成__________ 酪氨酸不 能转变为________ 表现出白化症状。 淀粉 淀粉分支酶 酪氨酸酶 酪氨酸酶 黑色素 4 2. 直接途径：基因还能通过控制______________直接控制生物体的性状。 蛋白质的结构 （1） 途径：基因 ________的结构 生物体的性状。 蛋白质 （2） 举例____________：编码 蛋白（一种转运蛋白）的基因缺失了_________ __ 蛋白在第508位缺少__________ 蛋白的空间结构发生变化，功能出 现异常 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。 囊性纤维化 3个碱基对 苯丙氨酸 5 旁栏边角 想一想 人体衰老时头发变白与白化病患者头发变白有什么区别？ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 结论语句 辨一辨（1） 基因只能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。( ) × （2） 基因是通过控制蛋白质的合成来控制生物体性状的。( ) √ （3） 人白化病的成因是控制酪氨酸酶的基因异常，导致酪氨酸酶不能合成。( ) √ 提示 二者的原理不同。人体衰老时头发变白，是因为控制黑色素形成的酪氨酸酶活性降低，黑色素合成减少。而白化病患者头发变白是由控制黑色素合成的酪氨酸酶基因异常，使酪氨酸酶根本无法合成，导致该类患者不能合成黑色素，从而表现出白化症状。 6 知识点二 基因的选择性表达与细胞分化 1. 基因类型 （1） 在所有细胞中都能表达的基因（管家基因）：指导合成的蛋白质是维持细胞基 本生命活动所______的，如________________、________________。 （2） 只在某类细胞中________表达的基因（奢侈基因）：如______________、 _____________。 必需 核糖体蛋白基因 合成酶基因 特异性 卵清蛋白基因 胰岛素基因 2. 细胞分化的本质：__________________。 基因的选择性表达 3. 细胞分化的结果 由于基因的选择性表达，导致来自同一个体的体细胞中_______和________不完全相同， 从而导致细胞具有不同的形态和功能。 蛋白质 7 结论语句 辨一辨（1） 细胞分化形成的细胞一般会保持分化后的状态，不可逆转。 ( ) √ （2） 在一个细胞中，所有的基因都一定表达。( ) × （3） 同一个体的不同组织细胞的形态、功能不同是基因选择性表达的结果。( ) √ （4） 不同生物的细胞的形态、结构不同是基因不同造成的。( ) √ （5） 基因的选择性表达与基因表达的调控有关。( ) √ 8 知识点三 表观遗传及基因与性状的对应关系 1. 表观遗传 碱基序列 可遗传变化 生长、发育和衰老 甲基化 组蛋白 组蛋白 9 2. 基因与性状间的对应关系 ①__________ 一种性状 ②__________ 多个性状（如基因相互作用） ③__________ 一个性状（如人的身高） 一个基因 一个基因 多个基因 （2） 生物体的性状还受______的影响。 （3） 基因与基因、基因与基因表达产物、____________之间存在着复杂的相互作用, 这种相互作用形成一个错综复杂的网络,精细地调控着生物体的______。 环境 基因与环境 性状 旁栏边角 想一想1 从表观遗传的角度分析，吸烟对于男性有何危害？ ___________________________________________________________________________ _____________________________________________________________ 提示 ①使男性的体细胞内 的甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生影响；②使男性的精子活力下降，精子中 的甲基化水平明显升高。 （1） 基因与生物性状 10 2. 表观遗传与可遗传变异有什么区别？ ___________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ 提示 两者的本质区别是遗传物质有没有发生改变，可遗传变异是由遗传物质改变引起的生物性状的改变，而表观遗传是在遗传物质没有改变的情况下发生的性状改变。 11 结论语句 辨一辨（1） 表观遗传现象由于基因的碱基序列没有发生改变，因此生物体 的性状也不会发生改变。( ) × （2） 吸烟会导致精子中 的甲基化水平升高，从而影响基因的表达。( ) √ （3） 表观遗传现象比较少见，不能普遍存在于生物体的整个生命活动过程中。( ) × （4） 基因与性状是一一对应的关系。( ) × （5） 生物体的一个性状有时受多个基因的影响。( ) √ 12 重难探究·能力素养全提升 13 主题一 基因对性状的控制 情境探究 1. 豌豆的粒型有圆粒和皱粒,下图甲是皱粒豌豆的形成机理;囊性纤维化是常见的一种遗传病,下图乙是该病的致病机理。 14 甲 乙 15 结合上图讨论并解决下列问题。 （1） 豌豆出现皱粒的原因是_________________________________________________ _________________________________________________________,淀粉在细胞内具有 保水作用,当豌豆成熟后,淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩。由此说明,基因通过控制 ________________________,进而控制生物体的性状。 提示 外来 序列插入编码淀粉分支酶的基因,导致该基因控制合成的淀粉分支酶异常,活性降低,进而使淀粉含量下降 酶的合成来控制代谢过程 （2） 囊性纤维化患者的肺功能严重受损,其患病的直接原因是____________________ _______________,根本原因是_________________________________________________ ___。通过囊性纤维化的致病机理可知,基因通过控制______________直接控制生物体 的性状。 提示 蛋白的空间结构发生变化 编码 蛋白的基因缺失了3个碱基对,发生了基因突变 蛋白质的结构 16 2. 基因表达产物与性状的关系 如图为人体内基因对性状的控制过程，请据图回答下列相关问题。 （1） 图中进行①②过程的场所分别是 _____________、________。 提示 细胞核 核糖体 （2） 镰状细胞贫血的直接致病原因是_______________________的改变。 （3） 人体衰老引起白发的直接原因是图中的_______________________。 提示 血红蛋白分子结构 提示 酪氨酸酶活性下降 17 视角应用 视角1 基因对性状的控制 1. ［多选］[2023江苏徐州新沂高一周测]下列关于基因对性状控制的叙述,错误的是 ( ) BD A.白化病患者缺乏酪氨酸酶,体现了基因通过控制酶的合成间接控制生物体的性状 B.同一株水毛茛在空气和水中的叶形不同,体现了性状是由环境决定的 C.原发性高血压与多对基因的表达产物有关,体现了基因与基因共同作用控制性状 D.抗生素阻止细菌细胞内 和 的结合,体现了抗生素通过影响转录而影响性 状 18 [解析] 白化病患者由于基因异常而缺乏酪氨酸酶，影响了色素的合成,进而导致性状发生改变,体现了基因通过控制酶的合成间接控制生物体的性状,A项正确;同一株水毛茛的细胞内遗传物质相同,但是在空气和水中的叶形不同,体现了性状由基因和环境共同决定,B项错误;原发性高血压与多对基因的表达产物有关,体现了基因与基因共同作用控制性状,C项正确;抗生素阻止细菌细胞内 和 的结合,体现了抗生素通过影响翻译而影响性状,D项错误。 19 2. [2023安徽黄山高一期末]下图为基因作用与性状表现关系的流程示意图，据图分析， 下列叙述正确的是( ) C A.基因是有遗传效应的 片段，基因都位于染色体上 B.②过程可以结合多个核糖体共同完成一条多肽链的翻译 C.①②过程中都存在碱基互补配对的现象 D.一些非蛋白质（如固醇类等）的合成不受基因的控制 20 [解析] 染色体是基因的主要载体，在线粒体和叶绿体中也含有少量的基因，A项错误；②过程可以结合多个核糖体共同完成多条相同多肽链的翻译，B项错误；①表示转录过程，②表示翻译过程，这两个过程中都存在碱基互补配对现象，C项正确；基因控制蛋白质的合成，一些非蛋白质（如固醇类等）的合成也间接受基因的控制，D项错误。 21 视角2 基因与性状的对应关系 3. 某种动物的眼色由两对独立遗传的等位 基因 、 和B、 控制，具体控制关系 如图所示，下列说法错误的是( ) A A.B基因上可结合多个核糖体，以提高酶B的合成效率 B.该动物群体中猩红色眼对应的基因型有4种 C.该实例说明一个性状可以受多个基因控制 D.该实例表明基因通过控制酶的合成来控制代谢,进而控制该动物眼色这一性状 22 [解析] 当B基因表达时，转录合成的 上可结合多个核糖体，以提高酶B的合成效率，A项错误；该动物群体中猩红色眼对应的基因型有 、 、 、 ，共4种，B项正确；由题图可知，该动物的眼色由两对等位基因控制，说明生物的一个性状可受多个基因控制，C项正确；由题图可知，基因通过控制酶的合成来控制有色物质的合成，从而使该动物表现出相应的眼色性状，即基因通过控制酶的合成来控制代谢，进而控制生物体的性状，D项正确。 23 主题二 基因的选择性表达与细胞分化 情境探究 1. 科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛B细胞,对这3种细胞的 和 进行了检测,结果如下表。 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 珠蛋白 胰岛素 输卵管细胞 - - 红细胞 - - 胰岛B细胞 - - 说明:“ ”表示检测到相应的分子,“-”表示未检测到相应的分子。 24 （1） 这三种细胞中的基因组成是否相同？它们合成的蛋白质种类是否相同？ ___________________________________________________________________________ __________________________ （2） 三种细胞中都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因,但是每种细胞只检 测到了其中一种基因的 ,这说明什么问题？ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________ （3） 细胞分化的分子水平标志是_____________________________________________ ____;细胞水平标志是____________________。 提示 这三种细胞都属于鸡的体细胞,经有丝分裂而来,因此基因组成相同,但是这三种细胞合成的蛋白质种类不同。 提示 在高度分化的体细胞中,基因是选择性表达的。同一个体不同种类的体细胞中, （基因）相同,而 、蛋白质的种类不一定相同。 提示 基因选择性表达，合成了某种细胞特有的蛋白质 形成不同种类的细胞 25 2. 请简述细胞分化过程中的“变”与“不变”。 ___________________________________________________________________________ __________________________ 提示 ①变： 、蛋白质的种类，细胞的形态、结构和功能。②不变： 、 、 、细胞的数目。 26 方法突破 基因表达与细胞分化 （1）细胞分化本质的模型分析 （注：灰色代表表达的基因，即处于活动状态；白色代表不表达的基因，即处于关闭 状态。） 27 （2）细胞分化的标志 ①分子水平：基因选择性表达，合成某种细胞特有的蛋白质，如血红蛋白、胰岛素、 抗体等。 ②细胞水平：形成不同种类的细胞。 （3）分化细胞表达的基因：所有管家基因和部分奢侈基因。 ①管家基因：指所有细胞中都表达的一类基因，这类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、 合成酶基因等。 ②奢侈基因：只在某类细胞中特异性表达的基因。 28 视角应用 1. 有人取同种生物的7种不同类型细胞 ,检测其基因 的表达情况,结果如下 图。下列有关图示的分析,正确的是( ) C A.在基因 中,控制核糖体蛋白质合成的基因最有可能是基 因5 B.若基因 中有一个是控制细胞呼吸酶合成的基因,则最可 能是基因7 C.功能最为近似和差异最大的细胞分别是 与 、 与 D.细胞分化使不同细胞中 完全不同,导致细胞的形态和功 能各不相同 29 [解析] 蛋白质是生命活动的承担者,合成蛋白质的场所是核糖体,所有细胞中都含有核糖体,而基因2在每种细胞中都表达,所以控制核糖体蛋白质合成的基因最有可能是基因2,A项错误;细胞呼吸酶基因在每种细胞中都表达,最有可能是基因2,B项错误;据图分析,细胞 表达基因 ,细胞 表达基因 ,表达的相同基因最多,表达的差异基因最少,则细胞 和 功能最为近似,功能差异最大的是细胞 和 ,C项正确;细胞分化是基因选择性表达的结果,细胞分化使不同细胞中 不完全相同,但有的基因在每个细胞中都表达,如呼吸酶基因等,D项错误。 30 2. 有人把能够在所有细胞中表达，维持细胞基本生命活动所必需的基因称为“管家基 因”，而把只在特定细胞中表达的基因称为“奢侈基因”。下列相关说法错误的是 ( ) D A.可以认为细胞分化是奢侈基因选择性表达的结果 B. 水解酶、呼吸酶都是管家基因的表达产物 C.人的胰岛素基因和血红蛋白基因都属于奢侈基因 D.细胞分化的过程中奢侈基因的遗传信息发生改变 31 [解析] 只在特定细胞中表达的基因称为“奢侈基因”，细胞分化是奢侈基因选择性表达的结果，A项正确；在所有细胞中表达，维持细胞基本生命活动所必需的基因为“管家基因”， 水解酶、呼吸酶都是管家基因的表达产物，B项正确；人的胰岛素基因和血红蛋白基因只在特定细胞中表达，都属于奢侈基因，C项正确；细胞分化过程中奢侈基因的遗传信息并不发生改变，D项错误。 32 主题三 柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传 情境探究 结合教材第73页“思考·讨论”提供的资料,讨论并解决下列问题。 （1） 资料1中,柳穿鱼植株A和植株B体内的 基因的碱基序列是否相同？为什么 植株A、B的花形态结构出现差异？ ___________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 提示 柳穿鱼植株A和植株B体内的 基因的碱基序列是相同的。植株A和植株B的花形态结构出现差异的原因是植株B体内的 基因被高度甲基化,从而不能表达。 33 （2） 植株A和植株B杂交后, 的花为什么跟植株A相似？ 中为什么有些植株的花 与植株B相似？ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ （3） 资料2中, 小鼠的基因型是 ,小鼠毛色为什么不是黄色而是表现出介于黄 色和黑色之间的一系列过渡类型？ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 提示 植株同时含有来自植株A和植株B的 基因。植株A的 基因能够 表达，表现为显性；植株B的 基因由于部分碱基甲基化，基因表达受到抑制，表 现为隐性。因此，同时含有这两个基因的 中， 的花与植株A的相似。 自交 后， 出现类似性状分离的现象，因此，这部分植株的花与植株B相似。 提示 因为小鼠的 基因的前端有一段特殊的碱基序列,该序列有多个可发生 甲基化修饰的位点,当该序列发生甲基化后， 基因的表达受抑制,并且甲基化程 度越高, 基因的表达受到的抑制越明显,小鼠的毛色就越深。 34 （4） 资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点？你对基因和性状的关系有什么新的认识？ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 提示 资料1和资料2展示的遗传现象都表现为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。基因的碱基序列相同，性状可能不同，这表明基因与性状并不是简单的一一对应关系，基因的表达受到很多因素的影响，体现了基因与性状之间关系的复杂性。 35 方法突破 表观遗传的原因和特点 （1）表现遗传的原因： 甲基化，构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修 饰。 （2）表观遗传的三个特点 36 （3）理解表观遗传的三点注意 37 视角应用 1. 基因上游序列的胞嘧啶被甲基化后转变 成5- 甲基胞嘧啶,导致相应的基因失活而 不能转录;未被甲基化的基因仍可以控制合 D A.甲基化直接抑制基因的翻译，从而使基因无法控制合成相应的蛋白质 B.甲基化的基因片段不能解开双链并与 聚合酶结合 C.甲基化改变了 分子的化学元素组成和碱基中嘌呤的比例 D.人体肌细胞中与血红蛋白合成有关的基因可能被甲基化 成相应的蛋白质。 的甲基化可调控基因的表达,调控简图如下,下列分析正确的是 ( ) 38 [解析] 的甲基化起到调控基因表达的作用,其主要的机制是影响基因的转录过程,发生 甲基化的细胞仍可进行增殖, 仍可进行复制,因此甲基化的基因片段可解开双链并与 聚合酶结合进行 的复制,A、B两项错误;甲基化不能改变 分子的化学元素组成（C、 、 、 、 ）和碱基中嘌呤的比例（仍为全部碱基的 ）,C项错误;人体肌细胞中不能合成血红蛋白,可能是肌细胞中与血红蛋白合成有关的基因被甲基化而无法表达,D项正确。 39 2. ［多选］ 甲基化和去甲基化对生物的遗传起着调控作用。蜂群中能持续获得 蜂王浆的雌性幼虫会发育成蜂王，而大多数雌性幼虫以花粉和花蜜为食，发育成工蜂。 蜂王浆中含有丰富的 ，这些 进入幼虫体内后与 基因的 结合而抑制其表达，从而显著降低幼虫体内 基因的甲基化水平。 下列说法错误的是( ) BCD A.甲基化可以调控基因的选择性表达，调控分化细胞的功能 B.甲基化可以改变基因的碱基排列顺序，从而产生可遗传变异 C. 通过干扰 基因的转录抑制其表达 D. 基因的表达产物可能是一种去甲基化酶 40 [解析] 细胞分化的实质是基因的选择性表达，甲基化可以调控基因的选择性表达，进而调控分化细胞的功能，A项正确； 甲基化不改变基因的碱基排列顺序，但基因表达和表型发生可遗传变化，从而产生可遗传变异，B项错误；据题意“ 进入幼虫体内后与 基因的 结合而抑制其表达”可知, 通过干扰 基因的翻译抑制其表达，C项错误；根据题意可知， 基因的 翻译出的蛋白质与基因的甲基化有关，D项错误。 41 经典图示 晨背要语 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。 4.一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。环境对性状也有着重要影响。 ①是转录过程；②是翻译过程表 型 = =基因型 + +环境 42 $$