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

第2节 基因表达与性状的关系 1 任务一 基因控制性状的方式 任务二 基因的选择性表达与细胞分化 任务三 基因与性状的关系 ◆ 预习梳理 ◆ 预习检测 ◆ 任务活动 ◆ 备用习题 2 一、基因表达产物与性状的关系 1.基因通过控制__________来控制__________，进而控制生物体的性 状。如：圆粒豌豆、皱粒豌豆；白化病等。 2.基因通过控制______________直接控制生物体的性状。如囊性纤维化。 酶的合成 代谢过程 蛋白质的结构 预 习 梳 理 3 二、基因的选择性表达与细胞分化 1.细胞中表达的基因类型 (1)在____________都表达的基因,指导合成的蛋白质是维持________ ___________所必需的。如：核糖体蛋白基因、 合成酶基因。 (2)只在某类细胞中____________的基因。如：胰岛素基因。 所有细胞中 细胞基本生命活动 特异性表达 2.细胞分化的本质:__________________。 基因的选择性表达 预 习 梳 理 4 三、表观遗传 1.概念:生物体基因的碱基序列__________,但基因表达和表型发生可 遗传变化的现象。 2.发生时间:表观遗传现象普遍存在于生物体的生长、______和衰老 的整个生命活动过程中。 3.类型：_____甲基化；构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等 修饰。 保持不变 发育 预 习 梳 理 5 四、基因与性状的关系 1.在大多数情况下，基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系。 一个性状可以受到多个基因的影响，一个基因也可以影响多个性状。 同时生物体的性状也不完全是由基因决定的，环境对性状也有着重 要影响。 2.基因与基因、基因与基因表达产物、____________之间借助复杂的 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性状。 基因与环境 预 习 梳 理 6 (1)基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状,如人类白化 病。( ) × [解析] 人类的白化病是由编码酪氨酸酶的基因异常引起的,属于基因 通过控制酶的合成间接控制生物体性状的实例。 (2)人的血红蛋白与马的血红蛋白有差异，体现了基因的选择性表达。 ( ) × [解析] 人的血红蛋白与马的血红蛋白有差异,是因为基因不同。 预 习 检 测 7 (3)人体肌细胞与幼红细胞中核基因、 、蛋白质均不同。( ) × [解析] 人体肌细胞与幼红细胞中核基因相同， 和蛋白质不完 全相同，有些基因在二者中都表达，如 合成酶基因，所以存在 相同的 、蛋白质。 (4) 的甲基化仅通过影响翻译过程而影响表型。( ) × [解析] 的甲基化仅通过影响转录过程而影响表型。 (5)基因发生甲基化会引起碱基序列发生变化，并可遗传。( ) × [解析] 基因发生甲基化不会引起碱基序列发生变化。 (6)吸烟会导致精子中 的甲基化水平升高，从而影响基因表达。 ( ) √ 预 习 检 测 8 任务一 基因控制性状的方式 【资料】 下面分别是皱粒豌豆形成机制、人的白化症状、囊性纤维 化发生机制的示意图。 1.皱粒豌豆的形成机制示意图 淀粉分支 淀粉 高 保留水分 异常 降低 低 失水 任 务 活 动 9 2.人的白化症状发生机制示意图 任 务 活 动 10 3.囊性纤维化发生机制示意图 任 务 活 动 11 ［分析］ (1)请对皱粒豌豆形成机制的示意图进行补充完善。 [答案] 淀粉分支; 淀粉; 高; 保留水分; 异常; 降低; 低; 失水 (2)资料1、2说明：___________________________________________ ________________。 (3)资料3说明：______________________________________________。 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 基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 任 务 活 动 12 基因、蛋白质与性状的关系 任 务 活 动 13 例1 [2024·广东深圳期末] 孟德尔曾经研究过豌豆种子的圆粒与皱粒。 豌豆成熟时，淀粉含量高的豌豆能有效地保留水分。皱粒豌豆的 中插入了一段外来 序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因， 导致淀粉分支酶出现异常，活性大大降低。下列叙述错误的是 ( ) 任 务 活 动 14 A.豌豆的圆粒与皱粒是一对相对性状 B.豌豆粒中水可与淀粉结合成为结合水 C.淀粉分支酶的作用是催化淀粉水解 D.该实例体现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 √ 任 务 活 动 15 [解析] 相对性状是指同种生物同一种性状的不同表现类型，豌豆的 圆粒与皱粒是一对相对性状，A正确；水分子可与淀粉、蛋白质等结 合成为结合水，由题意“豌豆成熟时，淀粉含量高的豌豆能有效地保 留水分”可知，豌豆粒中水可与淀粉结合成为结合水，B正确；分析 题意可知，淀粉分支酶的作用是催化淀粉的合成，C错误；该实例体 现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，是生物控制性状的间接途径，D正确。 任 务 活 动 16 例2 囊性纤维化是一种单基因遗传病，患者的 蛋白(细胞膜上转 运氯离子的载体蛋白，由 基因控制合成)功能异常。下列关于 囊性纤维化的叙述，错误的是( ) A.该疾病在遗传过程中遵循孟德尔的分离定律 B.该疾病表明基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状 C.该疾病患者体内有结构发生改变的 基因 D. 基因表达的产物无须加工即可具有相应功能 √ 任 务 活 动 17 [解析] 囊性纤维化是一种单基因遗传病，即由一对等位基因控制的 遗传病，该病的遗传遵循孟德尔的分离定律，A正确；题述实例表明 基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状，B正确；囊性纤维 化患者有致病基因，该致病基因就是结构发生改变的 基因，C 正确； 基因表达的产物是位于细胞膜上的蛋白质，所以需要内 质网和高尔基体的加工，D错误。 任 务 活 动 18 例3 如图为人体中基因对性状控制过程示意图，据图分析可以得出 ( ) A.过程①需要 单链作模板，葡萄糖作为能源物质为其直接供能 B.过程①②都主要发生在细胞核中，且遵循的碱基互补配对方式相同 C.基因1与基因2对性状的控制方式相同 D.基因1通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 √ 任 务 活 动 19 [解析] 过程①是转录，转录是以 的一条链为模板合成 的过程， 直接供能物质是 ，A错误；过程 ①是转录，主要在细胞核中进行，过程②是翻译，在细胞质中进行，转 录时碱基互补配对方式有、、、 ，而翻译时碱基 互补配对方式有、、、 ，因此两个过程遵循的碱 基互补配对方式不完全相同，B错误；基因1通过控制血红蛋白的结构直 接控制生物性状，缺乏酪氨酸酶会导致黑色素无法合成，说明基因通过 控制酶的合成来控制代谢过程进而控制生物体的性状，C错误，D正确。 任 务 活 动 20 任务二 基因的选择性表达与细胞分化 【资料】 阅读教材P72基因的选择性表达与细胞分化内容及“思 考·讨论”中分析不同类型细胞中和 的检测结果。 ［分析］ (1)教材“思考·讨论”材料中，各细胞内的基因均相同，细胞内的 不同，基因表达产物不同。你认为细胞内表达的基因有相同 的吗？如果有的话，请举例说明。_____________________________ _________。 有，如核糖体蛋白基因、合成酶基因 任 务 活 动 21 (2)材料中，3种细胞中的 都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰 岛素基因，但在每种细胞中只检测到其中一种基因的 ，这一 事实说明____________________________________________________。 细胞中并不是所有的基因都表达，基因的表达存在选择性 (3)同一生物的不同细胞中蛋白质种类会有不同,根本原因是_____ (填“”或“ ”)不同。 (4)联系有丝分裂知识，高度分化的动植物体细胞中仍含有本物种全套 遗传信息的原因是__________________________________________。 (5)通过分析可知，细胞分化的根本原因是__________________。基 因的选择性表达与基因表达的调控有关。 所有体细胞都是由受精卵经过有丝分裂而来的 基因的选择性表达 任 务 活 动 22 1.“管家基因”和“奢侈基因” (1)“管家基因”：在所有细胞中都表达的基因，指导合成的蛋白质是 维持细胞基本生命活动所必需的。例如： 水解酶基因。 (2)“奢侈基因”：只在某类细胞中特异性表达的基因，指导合成的蛋 白质与细胞特定的功能有关。如：胰岛素基因、抗体基因。 任 务 活 动 23 2.细胞分化 (1)细胞分化的标志 ①分子水平：基因选择性表达，转录出特定的 、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： 、细胞的数目。 ②改变： 、蛋白质的种类，细胞的形态、结构和功能。 任 务 活 动 24 例4 下表表示某人体内三种不同细胞中的基因存在及表达情况，下 列有关说法不正确的是( ) 细胞种类 基因存在情况 基因表达情况 甲 乙 丙 丁 甲 乙 丙 丁 胰岛A细胞 √ √ √ √ √ √ 眼晶状体细胞(胚胎中) √ √ √ √ √ √ 神经细胞 √ √ √ √ √ √ 任 务 活 动 25 A.甲基因不可能是控制卵清蛋白合成的基因 B.丁基因可能是 合成酶基因 C.三种细胞不同的根本原因是细胞中的遗传信息不同 D.三种细胞都有甲、乙、丙、丁四种基因的根本原因是这些细胞都 来源于同一个受精卵 √ 细胞种类 基因存在情况 基因表达情况 甲 乙 丙 丁 甲 乙 丙 丁 胰岛A细胞 √ √ √ √ √ √ 眼晶状体细胞(胚胎中) √ √ √ √ √ √ 神经细胞 √ √ √ √ √ √ 任 务 活 动 26 [解析] 甲基因在胰岛A细胞中表达，所以甲基因不可能是控制卵清 蛋白合成的基因，A正确； 合成酶基因在所有细胞中都表达，所 以丁基因可能是 合成酶基因，B正确；三种细胞不同的根本原因 是基因的选择性表达，C错误；三种细胞都有甲、乙、丙、丁四种基 因的根本原因是这些细胞都来源于同一个受精卵，D正确。 细胞种类 基因存在情况 基因表达情况 甲 乙 丙 丁 甲 乙 丙 丁 胰岛A细胞 √ √ √ √ √ √ 眼晶状体细胞(胚胎中) √ √ √ √ √ √ 神经细胞 √ √ √ √ √ √ 任 务 活 动 27 例5 科学家研究发现，细胞中基因有些表达，有些不表达。在不同 类型的细胞中，表达的基因大致分为两类：一类是管家基因，即在 所有细胞中都表达的基因，其产物是维持细胞基本代谢所必需的； 另一类是奢侈基因，即只在某类细胞中特异性表达的基因。下列有 关叙述错误的是( ) A.同一个体不同细胞含有的奢侈基因不同 B.呼吸酶、 水解酶相关基因为管家基因 C.细胞分化的本质是奢侈基因的选择性表达 D.已高度分化的细胞，一般不能转化为其他类型细胞 √ 任 务 活 动 28 [解析] 同一个体不同细胞含有的管家基因和奢侈基因都相同，只是 奢侈基因发生选择性表达，A错误；每个细胞中都有呼吸酶和 水 解酶，所以相关基因是管家基因，B正确；奢侈基因每个细胞中都有， 但只在特定细胞中表达，细胞分化的本质是奢侈基因的选择性表达， C正确；细胞分化通常是不可逆的，即已高度分化的细胞，一般不能 转化为其他类型细胞，D正确。 任 务 活 动 29 任务三 基因与性状的关系 【资料】 阅读教材P73“思考·讨论”中柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛 色的遗传。 任 务 活 动 30 ［分析］ (1)柳穿鱼花的形态结构的遗传分析 高度甲基化 不表达 两侧对称花 两侧对称花 辐射对称花 任 务 活 动 31 (2)小鼠毛色的遗传分析 ①实验现象 ②原因分析：基因的前端有一段决定 基因表达水平的特殊的 碱基序列被__________，甲基化程度越高， 基因表达受到的抑制 越______。 甲基化 明显 任 务 活 动 32 (3)上述(1)和(2)展示的遗传现象都表现为基因的__________保持不变， 但部分碱基发生了________修饰，______了基因的表达，进而对表 型产生影响。这种 甲基化修饰可以遗传给后代，使后代出现同 样的表型，这是一种__________。 碱基序列 甲基化 抑制 表观遗传 任 务 活 动 33 【情境】如图为某生物染色体上的基因与该生物某些性状的关系简图。 任 务 活 动 (1)分析图示可知，基因与性状不是简单的一一对应的关系，其关系 如下： (2)除此之外，生物体的性状还受__________的影响。 环境条件 一个基因 多个性状 多个基因 ［分析］ 任 务 活 动 1.基因与性状的关系并不都是简单的线性关系,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。 任 务 活 动 36 2.表观遗传 (1)表观遗传的原因： 甲基化，构成染色体的组蛋白发生甲基化、 乙酰化等修饰。 (2)表观遗传的特点 ①可遗传：基因表达的调控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： 的甲基化修饰可以发生可逆性变化，即被修饰的 可以发生去甲基化。 任 务 活 动 37 (3)理解表观遗传注意三个问题 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基因的转录过程，进而影响蛋白质的合成。 任 务 活 动 38 例6 [2024·广东东莞期中] 基因表达与生物性状的体现是一个错综复 杂的过程，下列叙述错误的是( ) A.同卵双胞胎在长相、性格等方面的差异可能与表观遗传有关 B. 甲基化修饰会改变碱基排列顺序，这种变异可以传递给子代 C.一个性状可以受到多个基因的影响，一个基因也可以影响多个性状 D.基因表达的过程可能会受到该基因表达产物、其他基因、环境因 素等的影响 √ 任 务 活 动 39 [解析] 同卵双胞胎含有的遗传物质相同，但在长相、性格等方面存 在差异，产生差异的原因可能与表观遗传有关，A正确； 甲基化 修饰不会改变碱基排列顺序，只是影响了基因表达和表型，这种变 异可以传递给子代，B错误；基因与性状之间的关系不是简单的一一 对应关系，一个性状可以受到多个基因的影响，一个基因也可以影 响多个性状，C正确；基因表达的过程可能会受到该基因表达产物、 其他基因、环境因素等多种因素的影响，即基因与基因之间、基因 与表达产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，D正确。 任 务 活 动 40 例7 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。蛋白是 基 因表达的一种甲基化转移酶，能使 某些区域添加甲基基团 (如图所示)，敲除 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。下列有关叙述错误的是( ) 任 务 活 动 41 A.甲基化后可能干扰了聚合酶与 部分区域的识别和结合 B.蜂王浆可能会导致细胞中 基因的表达水平下降 C.分子中胞嘧啶和 甲基胞嘧啶都可以与鸟嘌呤配对 D.被甲基化的 片段中遗传信息发生改变，从而使生物的性状发 生改变 √ 任 务 活 动 42 [解析] 甲基化使得转录过程受阻，可能干扰了 聚合酶 与相关区域的识别和结合，A正确；敲除 基因后，蜜蜂 幼虫将发育成蜂王，与取食蜂王浆有相同效果，由此推测蜂王浆可 能使 基因表达水平下降，B正确；胞嘧啶无论是否被甲基化， 都能与鸟嘌呤发生配对，C正确；被甲基化的 片段遗传信息没变， 只是甲基化抑制了基因的表达，对生物的性状产生影响，D错误。 任 务 活 动 43 1.下图为某人体中肌细胞、未成熟红细胞和神经细胞产生过程中部分基因表达情况的模式图，据图推断关于这三类细胞的说法正确的是 ( ) A. 含有的遗传信息相同 B. 含有的蛋白质完全相同 C. 含有的蛋白质种类完全不相同 D. 形成的原因是基因的选择性丢失 √ 备 用 习 题 [解析]肌肉细胞、未成熟红细胞和神经细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂而来的,所含的遗传物质相同,A正确;肌肉细胞、未成熟红细胞和神经细胞是细胞分化形成的,而细胞分化的实质是基因的选择性表达,所以这三类细胞含有的蛋白质不完全相同,B、C、D错误。 备 用 习 题 2. 有人说“基因是导演,蛋白质是演员,性状是演员的表演作品”。结合所学,下列说法不合理的是 ( ) A. 基因中核苷酸序列多样性是蛋白质多样性的根本原因 B. 不同的核苷酸序列通过转录、翻译可能合成相同的蛋白质 C. 某些基因可以通过控制蛋白质结构直接控制生物体的性状 D. 同种生物不同个体间的性状差异是基因选择性表达的结果 √ 备 用 习 题 [解析] DNA经过转录形成mRNA,而mRNA经过翻译形成蛋白质,因此基因中核苷酸序列多样性是蛋白质多样性的根本原因,A正确;由于密码子具有简并性等原因,不同的核苷酸序列可能合成的蛋白质相同,B正确;基因可以通过控制蛋白质结构直接控制生物体的性状,C正确;同种生物不同个体间的性状差异是不同个体基因不同导致的,而不是基因的选择性表达,D错误。 备 用 习 题 3.下列关于表观遗传的叙述，错误的是（      ） A．表观遗传现象普遍存在于生物体的整个生命活动过程中 B．表观遗传现象是可遗传的 C．高温下发育为长翅的残翅果蝇，常温下子代仍发育为残翅属于表观遗传 D．表观遗传现象中基因的碱基排列顺序不发生改变 √ 备 用 习 题 [解析] 表观遗传是指生物体基因的碱基序列不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象。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，是非常重要的生命现象，A正确；表观遗传可以通过有丝分裂和减数分裂在细胞或个体间遗传，故表观遗传现象是可遗传的，B正确；“高温下发育为长翅的残翅果蝇，常温下子代仍发育为残翅”这是说残翅性状由基因决定的，但也受环境温度影响，故说明生物的性状 （或表型） 是基因 （或基因型） 与环境共同作用的结果，该现象不属于表观遗传，C错误；表观遗传现象是指由于基因表达发生改变但不涉及DNA序列的变化，故表观遗传现象中基因的碱基排列顺序不发生改变，D正确。 备 用 习 题 4. 家兔皮下脂肪，白色对黄色为显性。将纯种白色脂肪家兔与黄色脂肪家兔杂交，对它们生下的小兔喂以含叶绿素的饲料时，小兔的皮下脂肪为黄色，则说明（      ） A．基因型相同，表型一定相同 B．表型是基因型与环境条件共同作用的结果 C．表型相同，基因型一定相同 D．在相同条件下，基因型相同，表型也相同 √ 备 用 习 题 [解析] 由于白色对黄色为显性，设白色基因为A，黄色基因为a，则纯种白色脂肪家兔与黄色脂肪家兔杂交，后代均为Aa，白色对黄色为显性，正常情况下后代应该全是白色的，但是由于对它们生下的小兔喂以含叶绿素的饲料时，小兔的皮下脂肪为黄色，说明喂以含叶绿素的饲料影响了后代的表型，因此表型是基因型和环境条件共同作用的结果，故选B。 备 用 习 题 5. DNA甲基化通常发生在DNA的CG序列密集区，发生甲基化的DNA可以和甲基化DNA结合蛋白结合，使DNA链发生高度紧密排列，导致RNA聚合酶无法与其结合。下列错误的是（　　） A．神经细胞中，呼吸酶基因处于非甲基化状态 B．结构越不稳定的DNA越容易发生甲基化 C．DNA甲基化可调控基因的选择性表达 D．对DNA去甲基化后其上的基因可以正常表达 √ 备 用 习 题 [解析] 神经细胞中，呼吸酶基因处于表达状态，故呼吸酶基因处于非甲基化状态，A正确；“DNA甲基化通常发生于DNA的CG序列密集区”，而G和C之间有三个氢键，稳定性较高，故结构越稳定的DNA越容易发生甲基化，B错误；甲基化直接抑制基因的转录，从而使基因无法控制合成相应的蛋白质，因此甲基化可以调控基因的选择性表达，调控分化细胞的功能，C正确；甲基化是表观遗传，表观遗传是指生物体基因的碱基序列不变，故对DNA去甲基化后其上的基因可以正常表达，D正确。 备 用 习 题 $$