第4章 第2节 基因表达与性状的关系（讲义word）-【大鹏生物】2024-2025学年高中生物同步课讲义必修2 遗传与进化

第2节　基因表达与性状的关系 [学习目标] 1.举例说明基因控制生物体性状的两种方式。 2.描述基因选择性表达与细胞分化的关系。 3.阐述表观遗传现象。 一、基因表达产物与性状的关系 [教材梳理] 1.间接途径：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。 (1)途径：基因 → 酶的合成 → 代谢过程 → 生物体的性状。 (2)举例 ①豌豆的圆粒与皱粒 圆粒豌豆：淀粉含量高→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DNA序列打乱→淀粉分支酶 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：编码酪氨酸酶的基因异常→不能合成酪氨酸酶→酪氨酸不能转变为黑色素→表现出白化症状。 2.直接途径：基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。 (1)途径：基因 → 蛋白质的结构 → 生物体的性状。 (2)举例 囊性纤维化：编码CFTR蛋白(一种转运蛋白)的基因缺失了3个碱基→ CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸→CFTR蛋白结构与功能异常→支气管中黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量繁殖，最终使肺功能严重受损。 题组一　基因表达产物与性状的关系 1.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 2.如图为人体内基因对性状的控制过程，由分析可知（ ） 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 二、基因的选择性表达与细胞分化 [教材梳理] 1.基因类型 (1)在所有细胞中都能表达的基因：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、ATP合成酶基因。 (2)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。 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mRNA和蛋白质 不完全相同，从而导致细胞具有不同的形态和功能。 [教材拓展] 管家基因和奢侈基因 (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、ATP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，这类基因表达的产物赋予各种类型细胞特定的形态结构特征与功能，如卵清蛋白基因、胰岛素基因等。 [核心探讨] 探讨点　基因的选择性表达 根据课本P72的“思考·讨论”，回答下列问题： 1.这三种细胞的基因组成是否相同？它们合成的蛋白质种类是否相同？ 提示　这三种细胞都属于同一只鸡的体细胞，是经过有丝分裂而来的，因此基因组成相同，但由于基因的选择性表达，三种细胞合成的蛋白质种类不完全相同。 2.三种细胞中都有卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因，但是都只检测到了一种基因的mRNA，这说明了什么？ 提示　在高度分化的体细胞中，基因是选择性表达的。 3.是不是这三类细胞中表达的基因完全不相同？如不是，请举例说明。 提示　不是。控制细胞基本生命活动的基因在所有细胞中都能表达，如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因等。 [核心归纳] 从基因表达看细胞分化 (1)细胞分化的标志 ①分子水平：基因选择性表达，合成了某种细胞特有的蛋白质，如卵清蛋白、胰岛素。 ②细胞水平：形成不同种类的细胞。 (2)分化细胞表达的基因：所有管家基因和部分奢侈基因。 (3)细胞分化的“变”与“不变” ①不变：DNA、tRNA、rRNA、细胞的数目。 ②改变：mRNA、蛋白质的种类，细胞的形态、结构和功能。 (4)细胞分化本质的模型分析 题组二　基因的选择性表达与细胞分化 3.下列有关基因表达与性状关系的叙述，错误的是（ ） A.细胞分化的本质是基因的选择性表达 B.基因能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 C.基因能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 D.细胞中能表达的基因在所有的细胞中都能表达 4.图1中Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ表示哺乳动物一条染色体上相邻的三个基因，a、b为基因的间隔序列；图2为Ⅰ基因进行的某种生理过程。下列叙述错误的是( ) A.Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ基因在不同的细胞中表达情况可能不同 B.图2中甲为RNA聚合酶，丙中所含的五碳糖是核糖 C.若丙中A＋U占36%，则丙所对应的乙片段中G占32% D.基因指导合成的终产物不一定都是具有催化作用的酶 5.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( ) 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 － － ② ③ 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、结构和生理功能不同的根本原因是核基因种类不完全相同 三、表观遗传及基因与性状的对应关系 [教材梳理] 1.表观遗传 (1)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。 (2)表观遗传现象普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中。 (3)表观遗传的类型有DNA的甲基化、组蛋白的甲基化和乙酰化等。 (4)实例：蜂王和工蜂。 2.基因与性状间的对应关系 (2)生物体的性状还受环境条件的影响。 (3)基因与基因、基因与基因表达产物、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的网络，精细地调控着生物体的性状。 [核心探讨] 探讨点　柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传 请根据教材P73的“思考·讨论”回答下列问题： 1.题述资料中，柳穿鱼和小鼠性状改变的原因是什么？ 提示：　 在花型不同的柳穿鱼植株中，Lcyc基因相同，但该基因的表达存在差异，开辐射对称花的植株B的Lcyc基因被高度甲基化，因此不表达。 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。 2.分析资料1，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？ 提示　F1植株同时含有来自植株A和植株B的Lcyc基因。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F1中，F1的花与植株A的相似。F1自交后，F2中有少部分植株含有两个来自植株B的Lcyc基因，由于该基因的部分碱基被甲基化，基因表达受到抑制，因此，这部分植株的花与植株B相似。 3.资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点？这对你认识基因和性状的关系有什么启示？ 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，这表明基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系，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。 [核心归纳] 表观遗传的原因和特点 (1)表观遗传的原因：DNA甲基化，构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰。 (2)表观遗传的特点 ①可遗传性：基因表达和表型可以遗传给后代。 ②不变性：基因的碱基序列保持不变。 ③可逆性：DNA的甲基化修饰可以发生可逆性变化，即被修饰的DNA可以发生去甲基化。 (3)理解表观遗传需注意的三个问题 ①表观遗传不遵循孟德尔遗传规律。 ②表观遗传可以通过有丝分裂和减数分裂传递被修饰的基因。 ③表观遗传一般是影响到基因的转录过程，进而影响蛋白质的合成。 题组三　表观遗传及基因与性状的对应关系 6.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 7.在甲基转移酶的催化下，DNA的胞嘧啶被选择性地添加甲基导致DNA甲基化，进而使染色质高度螺旋化，因此失去转录活性。下列相关叙述不正确的是( ) A.DNA甲基化，会导致基因碱基序列的改变 B.DNA甲基化，会导致mRNA合成受阻 C.DNA甲基化，可能会影响生物体的性状 D.DNA甲基化，可能会影响细胞分化 [综合强化] 8.DNA甲基化是指在甲基转移酶的作用下，甲基基团转移到DNA某些碱基上，结果如下图，DNA甲基化会影响基因的表达，使生物的性状发生改变。下列相关叙述正确的是（ ） A.DNA甲基化导致生物性状发生改变的原因是DNA的碱基序列发生了改变 B.DNA甲基化可能导致DNA聚合酶不能结合到DNA双链上，引起转录异常 C.图示DNA甲基转移酶催化甲基基团与碱基结合时没有表现出专一性 D.在DNA复制过程中，甲基的碱基仍可与子链中互补碱基形成氢键 9.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产生的后代仍然是残翅果蝇。分析以上实验内容，下列说法不正确的是( ) 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 10.DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶(Dnmts)的催化下，将甲基基团转移到胞嘧啶上的一种修饰方式。DNA的甲基化可导致基因表达的沉默，基因组总体甲基化水平低会导致一些在正常情况下受抑制的基因如原癌基因被激活，从而使细胞癌变。据此分析下列说法正确的是( ) A.细胞癌变可能与原癌基因的高效表达有关 B.抑制Dnmts酶活性会降低细胞癌变的概率 C.DNA的甲基化会阻碍RNA聚合酶与基因上的密码子的结合 D.DNA的甲基化改变了原癌基因的脱氧核苷酸序列 11.下列关于基因和性状之间关系的描述，正确的是( ) A.细胞内有某基因而不能表达的现象，称之为细胞分化 B.细胞内有某基因而不能表达的现象，称之为表观遗传 C.有显性基因存在，隐性基因就一定不能表达 D.基因与性状并不是简单的一一对应的关系 12.脊椎动物的一些基因活性与其周围特定胞嘧啶的甲基化有关，甲基化使基因失活，相应的非甲基化能活化基因的表达。以下推测正确的是( ) A.肝细胞和胰岛B细胞的呼吸酶基因均处于甲基化状态 B.肝细胞和胰岛B细胞的胰岛素基因均处于非甲基化状态 C.肝细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于非甲基化状态 D.胰岛B细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于非甲基化状态 13.油菜植物体内的中间代谢产物磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)运向种子后有两条转变途径，如图甲所示，其中酶a和酶b分别由基因A和基因B控制合成。我国陈锦清教授根据这一机制培育出高产油菜，产油率由原来的34%提高到58%。回答下列问题： (1)据图甲分析，你认为提高油菜产油量的基本思路是____________________________。 (2)图乙表示基因B，α链是转录链，陈教授及助手诱导β链也能转录，从而形成双链mRNA，试回答： ①控制酶b合成的基因的基本单位是_____________。 ②控制酶a与酶b合成的基因在结构上的本质区别是_____________________________。 ③转录出的双链mRNA与图乙基因在化学组成上的区别是________________________。 ④为什么基因B经诱导后转录出双链mRNA就能提高产油量？ [本讲小结] 学科网（北京）股份有限公司 $$