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

酶 代谢 过程 基因 蛋白质结构 功能 性状 直接 间接 选择性表达 细胞分化 基因表达与否以及表达水平的高低是如何受到调控的呢？ 第四章 基因的表达 第2节 基因表达与性状的关系 表观遗传 学习目标 1、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、说明细胞分化是基因选择性表达的结果。 3、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。 4、阐明基因、环境与性状之间的复杂关系，认同生命的复杂性。 1、结合教材“思考·讨论：柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传”提供的资料，回答下列问题： (1)资料1中植株A和植株B的花的形态不同是基因不同导致的，还是基因的表达不同导致的？ (2)导致植株B中Lcyc基因不表达的原因是什么？ 基因的表达不同导致的。 植株B的Lcyc基因被高度甲基化。 探究任务一：柳穿鱼花的两种形态 探究任务一：柳穿鱼花的两种形态 (3)分析资料1，F1的花为什么与植株A的相似？在F2中，为什么绝大部分植株的花与植株A的相似，少部分与植株B的相似？ 植株A的Lcyc基因能够表达，表现为显性；植株B的Lcyc基因由于被高度甲基化，基因表达受到抑制，表现为隐性。F2中有少部分植株含有两个来自植株B的Lcyc基因，由于该基因被高度甲基化，基因表达受到抑制，花与植株B相似。 植株A 植株B × P F1 F2 A甲A甲 AA AA甲 A甲A甲 AA甲 AA (4)Lcyc基因的高度甲基化修饰能够遗传吗？判断的理由是什么？ 能；因为F2中一部分植株的花与植株B相似，说明Lcyc基因的高度甲基化修饰能够遗传。 (5)资料2中，F1小鼠的基因型都是Avya， 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？ (6)资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点？ AvyAvy P X F1 aa Avy基因 无甲基化，Avy基因正常表达，黄色 部分甲基化，Avy基因表达受抑制，毛色加深 甲基化程度高，Avy基因表达被抑制更明显，毛色更深 Avy基因 Avy基因 甲基 甲基 前端 前端 前端 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。 表观遗传 探究任务二：小鼠的毛色 为什么DNA甲基化会影响基因的表达？ DNA甲基化修饰主要抑制转录从而影响蛋白质的合成，进而影响性状 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。 （4）可逆性。甲基化时，可影响基因的表达；去甲基化时，可恢复基因的表达。 —主要抑制转录 类型1. DNA甲基化 5` 3` 3` 5` C G G C 5` 3` 3` 5` C G G C CH3 CH3 胞嘧啶甲基化 甲基化主要发生在 脱氧核苷酸的第5号碳原子上, 靠近DNA链的 端。 胞嘧啶 5’ DNA的甲基化可以引起基因的失活，基因不能表达。 启动子：是RNA聚合酶识别和结合的位点 三种常见的调控机制 类型2. 组蛋白被修饰 —组蛋白甲基化、乙酰化等修饰也会影响基因表达 植物的春化作用：低温促使植物开花的作用 冬小麦的Flc基因所在部位的组蛋白被修饰 三种常见的调控机制 非编码RNA：不编码蛋白质的RNA。(除tRNA和rRNA) 类型3. 非编码RNA干扰 —主要抑制翻译 三种常见的调控机制 基因组成相同的同卵双胞胎所具有的微小差异就与甲基化有关 表观遗传现象的实例1 表观遗传现象的实例2 持续获得蜂王浆 蜂王 工蜂 一个蜂群中，蜂王和工蜂形态、结构、生理和行为等方面截然不同，二者在DNA序列方面是完全一致的，基因甲基化决定了蜜蜂发育成蜂王还是工蜂，研究发现，蜂王浆能够减少启动子区域DNA甲基化来提高基因的表达水平。 基因的表达与性状的关系 思维拓展 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。 据上述研究解释蜜蜂幼虫因食物不同而发育不同的原因是什么？ 蜜蜂的幼虫以花粉和花蜜为食，Dnmt3基因表达一种DNA甲基化转移酶，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，Dnmt3基因不表达，一些基因正常表达而发育成蜂王。 研究发现，红耳龟在31℃以上的高温条件下，产出的蛋都是雌性的，而在27℃以下的低温条件下，产出的蛋都是雄性的。在2018年，他们就发现，对于红耳龟来说，温度是通过影响表观遗传因子，而后调控了Dmrt1等负责性别的基因，最终决定了性别。基于基因组和转录组学分析，研究人员通过对20个红耳龟的表观遗传基因筛选后发现，Kdm6b因子能够调控它的性别。 表观遗传现象的实例3 表观遗传与生活的联系 资料1.如果父亲在11岁之前（即进入青春期之前）就开始吸烟，那他们的儿子在9岁时就会超重。 资料2.如果爷爷辈在9到12岁时有大吃大喝的经历，那他们的孙子的寿命就比较短，得糖尿病的几率会增加。而在青春期前挨饿的男性，其孙子就较少得心血管病。 资料3.在青春期前曾大吃大喝的祖母，她们的孙女的寿命也会明显缩短。 资料4.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。 你对生命的态度，正在重塑你的DNA 为了你自己和子孙后代，请不要胡乱过日子 探究任务3 资料: 在人的表皮基层细胞间，分布着黑色素细胞，它可以合成酪氨酸酶，将酪氨酸氧化并生成黑色素。黑色素生成越多，皮肤就越黑；反之越白晰。当皮肤受到紫外线照射时，酪氨酸酶活性被激活，进而催化黑色素的形成，合成的黑色素可以有效地吸收紫外线，减少紫外线对人体的影响，之后黑色素会与老废角质一起脱落，但当身体新陈代谢能力欠佳时，部分色素会留在皮肤表层形成黑斑。酪氨酸酶的活性与人体内的铜、铁、锌等元素密切相关，一些富含铜或锌的食物（如动物肝脏、给蟹、牡蛎等水产品）会激活酪氨酸酶的活性。压力、偏食、睡眠不足等不良生活习惯，也会影响皮肤代谢，令黑色素增加。 1．据资料分析，住在海边打渔的渔民，为什么大多数皮肤较黑？如何缓解？ 探究任务四：阅读课本P75针对出现残翅果蝇的原因提出假说，进行解释 由于环境的影响导致表型与某种基因型的表型很相似的现象 果蝇翅的发育需要经过酶催化的反应，而酶是在基因控制下合成的，酶的活性受温度、pH等条件的影响。 提出假说：（1）翅的发育需要经过酶催化的反应 （2）酶是在基因指导下合成的 （3）酶的活性受温度、pH等条件影响。 25℃下培养 它们产生的后代 如刚孵化的残翅果蝇幼虫 31℃下培养 得到了一些翅长接近正常的果蝇成虫 残翅果蝇 表型模拟：仅由环境变化引起的性状变化，不可遗传 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。 基因表达与性状的关系 表观遗传 实例 概念 实质 并非一一对应 环境影响性状 基因与性状的关系 　　基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间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而又繁而有序的网络，精细地调控着生物体的性状。 本节小结 1. 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。分析这种猫的基因，发现控制毛色的基因是位于X染色体上的一对等位基因：X0（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，这是为什么呢？是不是雌猫的有些细胞内X0表达，而另一些细胞内XB表达呢？请查找资料，寻找答案。 【提示】资料显示：哺乳动物雌雄个体的体细胞中虽然X染色体数量不同，但X染色体上的基因所表达的蛋白质的量是平衡的，这个过程称为剂量补偿。雌猫比雄猫多出1条X染色体，由于剂量补偿效应，在胚胎初期，细胞中的1条X染色体就会随机发生固缩失活，形成巴氏小体，而且发生染色体失活的细胞通过有丝分裂产生的子细胞也保留相同的染色体失活状态。对于基因型为XBX0的雌猫，如果体细胞中携带黑毛基因B的X染色体失活，XB就不能表达，而另一条X染色体上的X表达，那么由该细胞增殖而来的皮肤上会长出黄色体毛；同理，如果体细胞中携带黄毛基因O的X染色体失活，则X0不表达，XB表达，由该细胞增殖而来的皮肤上就会长出黑色体毛。因此，基因型为XBX0的雌猫会呈现黑黄相间的毛色。 课后思考 B 1. D B D D A B B B B D C $$