4.2 基因表达与性状的关系（教学课件）-2023-2024学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

问题探讨 同一株水毛莨，裸露在空气中的叶和浸在水中的叶， 表现出了两种不同的形态。 讨论： 1.这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗? 受精卵 有丝分裂 A 叶呈扁平状与丝状 (基因组成 相同 ) 2.这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的? 叶片所处的环境 问题：基因如何控制生物性状的呢? 蛋白质是生命活动的主要承担者 指导合成 体现 基因 蛋白质 性状 怎样控制? 结合教材第71页图4-9,阅读相关内容，请仔细分析下面的实例，说说基 因是如何控制生物性状的? 案例1:豌豆的圆粒与皱粒 编码淀粉分支酶的基F 基因 皱皮豌豆 合 控 射过程 此较甜? 一 .基因表达产物与性状的关系 控制 生物性状 淀粉二 没缩 i 77 一.基因表达产物与性状的关系 案例2:正常肤色与白化病 正常 白化病 结论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性状。 一.基因表达产物与性状的关系 控制 基因一 1. 间接控制途径 生物体的性状 酶的合成 代谢过程- 间接控制 控制 2. 直接控制途径 基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 囊性纤维化 ( 7 0 % ) 镰状细胞贫血症 基 因 →CI -载体CFTR蛋白 基 因 →血红蛋白 课外小知识 从基因的角度来解释有些人饮酒后会表现“脸红”,有些人饮酒后会表现“脸白”。 喝酒“脸红”的人有高效的乙醇脱氢酶， 而没有乙醛脱氢酶。 喝酒“脸白”的人是因为两种酶都缺乏。 千杯不醉的原因的人体内两种酶含量高。 CH₃C00H→CO₂ +H₂0+脂肪 乙酸 乙醛脱氢酶 乙醛脱氢酶 乙醛 三羧酸循环 2 二氧化碳和永 3 C₂H₅OH 乙醇 乙醇 作用：扩张血管， 导致脸红 CH₃CHO 乙醛 乙醇脱氢酶 乙醇脱氢酶 有毒 乙酸 无毒 乙醛 CO₂ 、HO₂ 等 过多导致脸红 同一生物体中出现不同类型 的细胞是细胞分化的结果。 而这些细胞虽然形态、结构 和功能各不相同 ，但是基因 却是相同的。 那么基因的表达与细胞 分化有何关系? 横纹肌细胞 小肠上皮细胞 成年人全身细胞总数约1012个。细胞种类有200多种。 二.基因的选择性表达与细胞分化 神经细胞 纤维原细胞 平滑肌 细胞 脂肪细胞 红细胞 骨细胞 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、根据检测结果推测，3种细胞中合成的蛋白质有什么差别? 每桦细胞出现养鼎量在细胸的化程中基因在不同细胞中特异性表达的结 果。即基因的选择性表 2、3种细胞含有的基因相同，但只检测到其中一种基因的mRNA, 为什么? 细胞中不是所有的基因都表达，基因的表达存在选择性。 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 十十十 十 - 红细胞 十十十 十 胰岛细胞 十十十 十 分析不同类型细胞中DNA 和mRNA 的检测结果 思考·讨论 表达的基因分类 ◆ 管家基因 所有细胞中都表达的基因，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，如核糖蛋白 基因、ATP合成酶基因。 ◆ 奢侈基因 二.基因的选择性表达与细胞分化细胞中的基因有些表达，有些不表达。 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。 □未表达 B ABC A BC 上皮细胞 肌肉细胞 神经细胞 实质：基因的选择性表达 基因 ABCDE 细胞的分化 表达 M0U) 骨细胞 AB 二.基因的选择性表达与细胞分化 基因的选择性表达如何实现? 细胞 形态 结构 不同 细胞 器种 类和 数量 不同 基因的选择性表达与基因表达的调控有关。 基因 选择性表 达 不同的合成 mRNA 不同类型的细胞 不同的 蛋白质 相同 基因 表现 三、表观遗传 资料1: 如图所示的两株柳穿鱼，除 花的形态结构不同，其他方面基本相 同 。花的形态与Lcyc基因的表达相关 植株A × 植株B A,B两种植株：Lcyc 基因的序列相同 植株A:Lcyc 基因在开花时表达 植株B:Lcyc 基因不表达 被高度甲基化 F 与植株A相似 —→Lcyc 基因有多个碱基连接甲基基团 (自交) CH, 少部分 植株的 甲基化 绝大部分植株的花 花与植 DNA甲基化示意图 CH, 与植株A相似 株B相似 (杂交) 资料2:小鼠毛色的遗传 黑色体毛 AVY基因表达不同的原因是什么? Avy 基 因 CH₃ CH₃CH₃ 甲基化程度越高，Avy 基因表达受到抑制越明 显，小鼠颜色越深。 介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型 三、表观遗传 特殊碱基序列 黄色体毛 Avy Avy aa a 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 表型产生影响 抑制了基 因的表达 资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点? 部分碱基发生了 甲基化修饰 三 、表观遗传 碱基序列 没有变化 表观遗传 柳穿鱼Lcyc基因 表型传给后代 可传给后代 小鼠AVV基因 三、表观遗传 课本P74 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、常见类型DNA 甲基化修饰 ①基因 的部分碱 基 _ 发生甲基化修饰会抑 制 _基因的表达，进而对表 型产生影响 ②_ 可 以(可以、不可以)遗传给后代，使后代出现同样的表型 其它类型： 例如构成染色体的 组蛋白发生甲基化、 乙酰化等修饰 组蛋白 乙酰化A 组蛋白甲基化 DNA甲基化 三、表观遗传 3、实例： 在一个蜂群中，少数幼虫一直取食蜂王浆而发育成蜂王，而大多数幼虫 以 花粉和花蜜为食将发育成工蜂。DNMT3 蛋白是DNMT3 基因表达的一种DNA 甲基化转移酶，能使DNA 某些区域添加甲基基团(如图所示),DNA 被 甲基化后 会干扰RNA 聚合酶的识别。敲除DNMT3 基因后，蜜蜂幼虫将发育成蜂王，这 与取食蜂王浆有相同的效果。据此 研究解释蜜蜂幼虫因食物不同而 0 发 蜜蜂的幼虫以花粉和花蜜为食，DNMT3 基因表达的一种 DNA甲基化转移酶，)NA片段 造成一些基因被甲基化而不能表达，发育成工蜂；蜜蜂的幼虫以蜂王浆为食， 使DNMT3基因不表达， 一些基因正常表达而发育成蜂王。 N NH₂ DNMT3 N NH₂ 有研究表明：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。不仅如此，还有研究发现男性吸烟者的精子活力下降，精子中DNA 的甲基 化水平明显升高，请查阅相关资料，结合表观遗传、烟草烟雾中含有的化学物质及其危害 等知识，向亲友和周围人群深入宣传戒烟的道理。 环境 诱发 DNA 甲基化 吸 烟 重金属 与社会的关系 温度 营养供给 四、基因与性状的关系 1.生物性状还受到环境等条件的影响 如后天的营养和体 育锻炼等对人的身 高也有重要作用。 31℃下培养得到了一些翅长接 近正常的果蝇成虫 生物的表型是基因型与环境共同作用的结果 25℃下培养 它们产生的后代 如刚孵化的残 翅果蝇幼虫 残翅果蝇 ③多个基因 → 一 种性状 人的身高是由多个基因决定的，其中每个基因对身高都有一定的作用。 基因与性状并不是简单的一一对应的关系 四、基因与性状的关系 2.基因决定生物性状 ①一个基因 ②一个基因 一种性状 →多种性状 控制 控制 控制 注意区分： 1.仅由环境变化引起的性状变化，不可遗传； 2.表观遗传：碱基序列不变，引起的性状变化可遗传。 代谢 间接 控制 性 直接 状 影 响 环 境 DNA 转录 mRNA 翻译 蛋白质 体现 性状 主要表现为 指导蛋白质的合成 控制 细胞分化 酶的合成 小结 基因的表达 调控 表观遗传 本节 蛋白质的结构 选择性 表达 影 响 控制 练习与应用 一、概念检测 1 . 个体的性状和细胞的分化都取决于基因的表达及其调控。判断下列 相关表述是否正确。 (1)基因与性状之间是一一对应的关系。 ( X ) (2)细胞分化产生不同类型的细胞，是因为不同类型的细胞内基因 的表达存在差异。( √ ) A. 图中显示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 当编码淀粉分支酶的基因被打乱时，细胞内淀粉的含量会上升 C.皱粒种子中蔗糖含量相对较高，味道更甜美 D.图中①②过程中碱基互补配对的方式有差异 蔗糖 ② 淀粉分_ 支酶 吸水胀大 淀粉- 1 、下图为豌豆种子圆粒性状的产生机制。下列叙述错误的是 练习与应用 编码淀粉分支 酶的基因(R) 二、强化训练 圆粒 2、 下列属于表观遗传现象的有( ) ①果蝇的 眼色基因所在的染色体区域，螺旋程度较高，出现红白 相间的斑点复眼 ②F1高茎豌豆自交，F2 出现高茎豌豆和矮茎豌豆 ③男子吸烟者精子中的DNA甲基化水平高，精子活力下降 ④编码酪氨酸酶的基因异常，导致白化病 A.①④ B.②③ D.②④ 练习与应用 二、强化训练 3、黄色小鼠(AA) 与黑色小鼠 (aa) 杂交，产生的F1(Aa) 不同 个体出现了不同体色。研究表明，不同体色的小鼠A 基因的碱基序 列相同，但A基因上二核苷酸 (CpG) 胞嘧啶有不同程度的甲基化 ( 如图)现象出现，甲基化不影响基因复制。 下列有关分析错误的是 F1 个体体色的差异与A 基因甲基化程度无关 B. 甲基化可能影响RNA聚合酶与该基因的结合 C. 碱基甲基化不影响基因复制过程中碱基互补配对 D. 甲基化是引起表观遗传的常见方式 练习与应用 二、强化训练 $$