5.1基因突变和基因重组课件-2023-2024学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

第1节 基因突变和基因重组 第5章 基因突变及其他变异 2024/10/22 2024/10/22 1、通过学生激情阅读，得出镰状细胞贫血的原因—基因突变； 2、通过学生阅读教材，独立思考，完成教材思考讨论题1、2、3，并归纳出基因突变的概念； 3、通过小组合作探究，进一步辨析基因突变与生物性状的关系 4、通过阅读课本教材P84页能够说出基因重组的概念，发生的时间、类型，结果和意义； 5、通过学生画图分析减数分裂1前期和后期染色体行为变化，能阐述基因重组两种类型产生的原因； 6、通过教师引导学生自主分析基因重组在杂交育种的应用，进一步理解其结果和意义 学习目标： 导 航天育种 我国早在1987年就利用返回式卫星进行航天育种研究：将作物种子带入太空，利用太空中的特殊环境诱导，然后在地面选择优良的品种进行培育。 导 思 对患者红细胞进行镜检 健康人的红细胞 镰状细胞贫血症是一种遗传病。患者表现为贫血症状，血红蛋白指标下降。可是治疗缺铁性贫血症的药物对其无效。 材料一 1、镰状细胞的贫血患者的红细胞血红蛋白氨基酸发生了什么变化？ 思 认真阅读教材，镰状细胞贫血的情况，分析镰状细胞形成的原因。 2、补充教材思考.讨论镰状细胞贫血的病因的图解？该疾病能否遗传？怎么遗传？ 3.如果这个基因发生碱基的增添或缺失，氨基酸序列是否也会改变?所对应的性状呢? 材料一 组氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸 谷氨酸 谷氨酸 赖氨酸 组氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸 谷氨酸 赖氨酸 缬氨酸 …… …… 正常血红蛋白 异常血红蛋白 1、镰状细胞的贫血患者的红细胞血红蛋白氨基酸发生了什么变化？ 用酶将正常血红蛋白和镰状血红蛋白在相同条件下切成肽段，通过电泳对二者进行分析，发现有一个肽段的位置明显不同。 RNA 蛋白质 中心法则 DNA 真核生物 缬氨酸 组氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸 谷氨酸 赖氨酸 正常碱基序列（mRNA） 异常碱基序列（mRNA） 缬氨酸 缬氨酸 组氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸 谷氨酸 赖氨酸 谷氨酸 性状 蛋白质结构 氨基酸序列 RNA 序列 1、观察正常血红蛋白和镰状血红蛋白有差异的肽段和mRNA序列，找出两者之间的具体差别。 思 U A 氨基酸 蛋白质 G A T G C C 谷氨酸 缬氨酸 G G C C T A G G G G DNA mRNA 2、补充教材思考.讨论镰状细胞贫血的病因的图解？ 该疾病能否遗传？怎么遗传？ 正常血红蛋白 异常血红蛋白 21种氨基酸的密码子表 思 DNA mRNA 氨基酸 → 蛋白质 → 红细胞 → 临床表现 （血红蛋白） 转录 翻译 G G C C G G C C G G G G 谷氨酸 正常 贫血 正常 缬氨酸 异常 A T T A A U 正常 异常 评 总结：镰状细胞的贫血的过程 ①症状：红细胞呈 状，运输 的能力降低， 容易 ，使人患 。 ②病因 直接原因：血红蛋白的多肽链上发生了 替换； （由谷氨酸替换成了 氨酸） 根本原因：控制血红蛋白分子合成的基因上一个 发生替换。（即： ） （A-T替换为 ） 镰刀 破裂 溶血性贫血 氨基酸 缬 碱基对 T-A 基因突变 O2 评 一、镰状细胞形成的原因—基因突变 思 3.如果这个基因发生碱基的增添或缺失，氨基酸序列是否也会改变?所对应的性状呢? 如1个碱基对的增添或缺失 ┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ ¨¨ ＴＣＣＴＧＡＧＧＡＧＡ ＡＧＧＡＣＴＣＣＴＣＴ ┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷ ¨¨ ┯ Ｃ Ｇ ┷ ¨¨ ┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ ＧＴＧＣＡＣＣＴＧＡＣ ＣＡＣＧＴＧＧＡＣＴＧ ¨¨ ┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷ ┷ 增添 mRNA-ＧUＧＣＡＣＣ UＧＡＣＣUＣＣ UＧＡＧＧＡＧＡ 缬氨酸 组氨酸 亮氨酸 丝氨酸 终止 碱基对的增添 增加 个碱基对 模板链 ¨¨┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ ¨¨ ＧＴＧＣＡＣＣＴＧＡＣＴＣＣＴＧＡＧＧＡＧＡ ＣＡＣＧＴＧＧＡＣＴＧＡＧＧＡＣＴＣＣＴＣＴ ¨¨┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷ ¨¨ 缬氨酸 正常 mRNA-ＧUＧＣＡＣＣ UＧＡＣ UＣＣ UＧＡＧＧＡＧＡ 组氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸 谷氨酸 谷氨酸 模板链 苏氨酸 密码子的简并性 思 3.如果这个基因发生碱基的增添或缺失，氨基酸序列是否也会改变?所对应的性状呢? 如2个碱基对的增添或缺失 ┯┯ ＣＡ ＧＴ ┷┷ ¨¨ ┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ ＧＴＧＣＡＣＣＴＧＡＣ ＣＡＣＧＴＧＧＡＣＴＧ ¨¨ ┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷ mRNA-ＧUＧＣＡＣＣ UＧＡＣＣＡ UＣＣ UＧＡＧＧＡＧＡ 缬氨酸 组氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 亮氨酸 碱基对的增添 增加 个碱基对 模板链 2 苏氨酸 精氨酸 精氨酸 增添 ¨¨┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ ¨¨ ＧＴＧＣＡＣＣＴＧＡＣＴＣＣＴＧＡＧＧＡＧＡ ＣＡＣＧＴＧＧＡＣＴＧＡＧＧＡＣＴＣＣＴＣＴ ¨¨┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷ ¨¨ 缬氨酸 正常 mRNA-ＧUＧＣＡＣＣ UＧＡＣ UＣＣ UＧＡＧＧＡＧＡ 组氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸 谷氨酸 谷氨酸 模板链 ┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ ¨¨ ＴＣＣＴＧＡＧＧＡＧＡ ＡＧＧＡＣＴＣＣＴＣＴ ┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷ ¨¨ 思 3.如果这个基因发生碱基的增添或缺失，氨基酸序列是否也会改变?所对应的性状呢? ┯┯┯ ＣＣＧ ＧＧＣ ┷┷┷ ¨¨ ┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ ＧＴＧＣＡＣＣＴＧＡＣＴ ＣＡＣＧＴＧＧＡＣＴＧＡ¨¨ ┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷ 增添 ＧUＧＣＡＣＣ UＧＡＣUＣＣＧＣＣ UＧＡＧＧＡＧＡ 缬氨酸 组氨酸 亮氨酸 脯氨酸 碱基对的增添 增加3个碱基对 模板链 ¨¨┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ ¨¨ ＧＴＧＣＡＣＣＴＧＡＣＴＣＣＴＧＡＧＧＡＧＡ ＣＡＣＧＴＧＧＡＣＴＧＡＧＧＡＣＴＣＣＴＣＴ ¨¨┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷ ¨¨ 缬氨酸 正常 ＧUＧＣＡＣＣ UＧＡＣ UＣＣ UＧＡＧＧＡＧＡ 组氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸 谷氨酸 谷氨酸 模板链 苏氨酸 脯氨酸 谷氨酸 谷氨酸 如3个碱基对的增添或缺失 ┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ ¨¨ ＣＣＴＧＡＧＧＡＧＡ ＧＧＡＣＴＣＣＴＣＴ ┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷ ¨¨ 评 碱基对 影响范围 对氨基酸序列的影响 替换 1个碱基对 只改变 氨基酸或者 氨基酸序列，也可能 使翻译 。 增添（缺失）1个或2个碱基对 不影响插入位置 的序列而影响插入位置 的序列 增添（缺失）3个连续 碱基对 增添（缺失）位置增加（缺失） 氨基酸对应的 序列 小 1个 不改变 提前终止 大 前 后 小 1个 3.如果这个基因发生碱基的增添或缺失，氨基酸序列是否也会改变?所对应的性状呢? DNA分子中发生 、 或 ，而引起的 的改变，叫做 替换 增添 缺失 基因碱基序列 那么，若编码蛋白质的基因序列发生碱基的增添或缺失，也会导致蛋白质结构的改变，从而引起性状的改变。 基因突变 评 议 独立思考3min，而后以学科学习小组为单位讨论6min （1）个体发生基因突变能否遗传给后代？如果能，怎么遗传？如果不能，原因是什么？ （2）基因指导蛋白质的合成，进而控制生物性状，那么发生基因突变的个体性状一定改变吗？如果能，原因是什么？如果不能，原因是什么？ 碱基的替换可以导致基因的改变，从而弓|起所编码的蛋白质的改变。 1、个体发生基因突变能否遗传？怎么遗传？ 展 若发生在配子中 若发生在体细胞中 特殊情况：植物体细胞发生基因突变，可通过无性生殖遗传。 ，将遵循遗传规律传递给后代。 ，一般不能遗传。 2、基因突变改变生物性状的原因： ①基因突变可能引起 不能合成；（改变 ） ②肽链 ；（ 提前或推后出现） ③肽链中 种类改变。 肽链 起始密码子 终止密码子 延长或缩短 氨基酸 以上改变会引发蛋白质 改变， 进而引发 的改变。 结构和功能 生物性状 展 2、基因突变导致生物的性状不一定发生改变的原因： ①突变部位：可能发生在没有 的DNA片段； （如： 等） ②密码子的 性：基因突变后新产生的密码子与原密码子 对应的是 氨基酸； ③ 突变：如 AA → ； ④有些突变改变了蛋白质中个别位置的氨基酸，但该蛋白质 的 不变。 遗传效应 非编码区、内含子 简并 同一种 Aa 隐性 功能 导 导 “杂交水稻之父”袁隆平中国工程院院士袁隆平是我国著名的水稻育种专家，被誉为“杂交水稻之父”。他从1960年开始水稻的育种研究，1964 年发现了水稻天然雄性不育植株，并开始了水稻雄性不育研究。1966年， 他又提出杂交水稻育种“三系法”，为杂交水稻育种指出了具体途径；之后又带领科研团队成功研究“两系法”，提出超级杂交水稻的研究设想并获得成功。2000年，袁隆平院士获得国家最高科学技术奖。2017年,超级杂交稻品种“湘两优900(超优千号)”在河北省的超级杂交稻示范基地创造了17.2 t/hm2的产量新纪录，为我国粮食的持续稳定增产做出了新的贡献，这一贡献对我国和世界粮食安全均具有重大意义。 杂交水稻之父 · 袁隆平 你知道培育杂交水稻的原理吗？ 思 1.基因重组的概念？ 2.基因重组发生的时间？ 3.基因重组的类型？ 4.基因重组的结果？ 4.基因重组的意义？ (1)概念：在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。 有性生殖由亲本产生的生殖细胞(配子)，经过两性生殖细胞的结合，成为受精卵，再发育成为新的个体的生殖方式。 发生范围:真核生物 控制不同性状基因：非等位基因 ➊前提 ②本质 展 A D a d ①减数分裂Ⅰ后期 Ad和aD AD和ad A D a d 非同源染色体上的非等位基因可自由组合。 (2)类型： 展 A A B a a b b B ②减数分裂Ⅰ前期 可产生的 配子类型： AB和ab 重组后新增的配子类型： Ab和aB 四分体时期 同源染色体上的非姐妹染色单体的交换 (2)类型： 结果：1、产生新的基因型不产生新基因； 2、产生新的性状组合不产生新的性状。 议 基因重组的应用 我国是最早养殖和培育金鱼的国家，将透明鳞和正常鳞的金鱼杂交，得到五花鱼；将朝天眼和水泡眼的金鱼杂交得到朝水泡眼。正因为基因突变、基因重组以及人工选择，才会出现色彩斑斓、形态各异的金鱼，极大丰富了人们的生活。 猫科动物的斑纹同样因为基因重组而各有差异。 杂交育种 结构和功能 生物性状 展 杂交水稻之父 · 袁隆平 P： × 抗倒伏、易感稻瘟病水稻 易倒伏、高抗稻瘟病水稻 抗倒伏、高抗稻瘟病水稻 选育 F1 基因重组的应用 杂交水稻 思考：1、用这两个亲本杂交我们要选育什么个体进来提高产量 2、两亲本杂交产生F1是基因重组吗？为什么？ 二、基因重组 杂交育种 现有高产不抗病（CCdd）的植株A和低产抗病（ccDD）的植株B。如何得到高产又抗病的植株？ (3)应用： （1）基因重组是生物变异的主要来源 有性生殖过程中的基因重组使产生的配子种类多样化，进而产生基因组合多样化的子代，其中一些子代可能会含有适应某种变化的、生存所必需的基因组合，因此有利于物种在一个无法预测将会发生什么变化的环境中生存。 （3）基因重组为生物进化提供了原材料 （2）基因重组是形成生物多样性的重要原因 （4）基因重组的意义 猫由于基因重组而产生的毛色变异 结构和功能 生物性状 展 基因重组的应用 基因工程 基因工程是指按照人们的愿望，通过转基因等技术赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。 项目 基因突变 基因重组 本质 发生时间 及原因 可能性 意义 联系 基因碱基序列发生改变，产生了新基因，出现了新的性状。 控制不同性状的基因重新组合，产生新的基因型和表现型。 生物变异的根本来源，是生物进化的原材料。 生物变异的来源之一，是形成生物多样性的重要原因. 细胞分裂间期DNA分子复制时，由于外界理化因素或自身生理因素引起的碱基对的替换、增添或缺失。 在有性生殖过程中,减数第一次分裂后期，非同源染色体的自由组合。四分体时期的交叉互换。 可能性小，突变频率低 普遍发生在有性生殖过程中 ①都使生物产生可遗传变异；②在长期进化过程中，基因突变为基因重组提供了大量可供自由组合的新基因，基因重组使突变的基因以多种形式传递；③两者均产生新的基因型，可能产生新的表型 小结：比较基于重组和基于突变 FormatFactory : www.pcfreetime.com $$