4.2 基因表达与性状的关系（第2课时）-【堂堂清】2024-2025学年高一生物下学期同步精品课件（2019人教版必修2）

4.2.2 基因表达与性状的关系 本节聚焦： 1.基因如何控制生物体的性状？ 2.细胞分化与基因表达有什么关系？ 3.表观遗传信息是如何调控基因表达的？ 4.怎样理解基因与性状关系的复杂性？ 1 问题探讨 同一个体的不同体细胞所含基因相同吗？ 思考 相同，因为都是由同一个受精卵经过有丝分裂形成的。 同一生物体中不同类型细胞，基因都是相同的， 而形态、结构和功能却各不相同，这是为什么呢？ 思考 问题探讨：分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果 科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞（有细胞核）和胰岛细胞， 对这三种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示： 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 +++ + - - 红细胞 +++ - + - 胰岛细胞 +++ - - + 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。 【横向分析】 输卵管细胞能合成 ,红细胞能合成 ,胰岛细胞能合成 。 【纵向分析】 同一个体内这3种细胞的基因 ,但基因的表达存在着 性。 卵清蛋白 珠蛋白 胰岛素 相同 选择 问题探讨：分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果 科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞（有细胞核）和胰岛细胞， 对着三种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示： 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 +++ + - - 红细胞 +++ - + - 胰岛细胞 +++ - - + 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。 这三种细胞中表达的基因是不是完全不相同？ 思考 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：ATP合成酶基因、细胞呼吸酶基因、核糖体蛋白基因等。 基因的选择性表达与细胞分化 02 生物体多种性状的形成，都是以 为基础的。 其本质是： 。 细胞分化 基因的选择性表达 核心归纳：从基因表达看细胞分化 02 1.细胞分化本质的模型分析： 由模型分析可得： A基因编码 ，B基因编码 ，E基因编码 ， 这类基因在 ； C基因编码 ，这类基因在 ； 说明： 灰色代表表达的基因，即处于活动状态； 白色代表不表达的基因，即处于关闭状态。 血红蛋白 某类细胞中特异性表达 抗体 胰岛素 ATP合成酶 所有细胞中都表达 核心归纳：从基因表达看细胞分化 02 在不同类型的细胞中，表达的基因大致可以分为两类： ① 基因： 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。 如：核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因等。 ② 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、结构和功能。 如：卵清蛋白基因、胰岛素基因等。 管家 奢侈 核心归纳：从基因表达看细胞分化 02 2.细胞分化的标志： ①分子水平： ， 合成了某种细胞特有的 和 。 ②细胞水平： 。 a.细胞 的改变，如：肌细胞的梭形、神经细胞的突起状等。 b.细胞 的变化，如：细胞器的种类和数量发生变化等。 c.细胞 的特化，如：执行特定的功能,如运动功能、免疫功能等。 基因的选择性表达 形成不同种类的细胞 形态 结构 功能 mRNA 蛋白质 核心归纳：从基因表达看细胞分化 02 3.细胞分化过程中的“变”与“不变”： ①不变： 、 、 、细胞的 。 ②改变： 、 的种类，细胞的 、 和 。 DNA tRNA rRNA 数目 mRNA 蛋白质 形态 结构 功能 随堂小练 (　　)1.细胞分化形成的细胞一般会保持分化后的状态，不可逆转。 (　　)2.在一个细胞中所有的基因都一定表达。 (　　)3.同一个体的不同组织细胞的形态、功能不同是基因选择性表达的结果。 (　　)4.不同生物的细胞的形态、结构不同是基因不同造成的。 5．细胞分化是奢侈基因选择性表达的结果。下列属于奢侈基因的是(　　) A．血红蛋白基因 B．ATP合成酶基因 C．DNA解旋酶基因 D．核糖体蛋白基因 √ 细胞分化过程中，基因选择性表达； × √ √ A 问题探讨 某基因 --ATGCATGCAT…… CCATGCTAGCCA …… TCCCTAAGGATAG CCATCCCAGATG …… CATGCATCCATGC--- --TACGTACGTA ……GGTACGATCGGT…… AGGGATTCCTATC GGTAGGGTCTAC …… GTACGTAGGTACG--- 转录 特定的mRNA 翻译 蛋白质 间接途径： 基因通过控制 来控制 ，进而控制生物体的性状。 直接途径： 基因通过控制 直接控制生物体的性状。 酶的合成 代谢过程 蛋白质的结构 基因可以通过不同的途径控制性状，但基因什么时候表达，在哪种细胞中表达以及表达水平的高低都是受到调控的，这种调控又是如何进行的呢？ 思考 表观遗传就是一种非常重要的基因表达调控手段。 柳穿鱼是一种园林花卉。下图所示的两株柳穿鱼，除了花的形态结构不同，其他方面基本相同。 核心探讨：柳穿鱼花的形态结构遗传 03 【资料1】柳穿鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。上图所示的两株柳穿鱼，它们体内Lcyc基因的序列相同，只是植株A的Lcyc基因在开花时表达，植株B的Lcyc基因不表达。研究表明，植株B的Lcyc基因不表达的原因是它被高度甲基化(Lcyc基因有多个碱基连接甲基基团)了。 根据资料分析，柳穿鱼植株B与植株A 性状不同的原因是什么？ 思考 植株B的Lcyc基因的部分碱基 被高度甲基化， 故植株B的Lcyc基因不表达。 知识拓展：DNA甲基化修饰 03 1.通常是 发生甲基化修饰； 2.甲基化的影响通常是： 。 胞嘧啶 抑制基因表达 →正常转录→ →转录受阻→ 知识拓展：组蛋白甲基化、乙酰化修饰 03 1.组蛋白是组成染色体的主要蛋白质。 2.组蛋白甲基化调控非常复杂， 既与基因转录 相关，又与基因转录 相关。 3.组蛋白乙酰化一般与基因转录 相关。 抑制 激活 激活 核心探讨：柳穿鱼花的形态结构遗传 03 科学家将这两个植株作为亲本进行杂交，结果如下所示： F1的花为什么与植株A的相似？ 思考 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 表达，表现为 性; 植株B的Lcyc基因由于 ， 基因 表达，表现为 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。 能够 显 部分碱基被甲基化 不能 隐 核心探讨：柳穿鱼花的形态结构遗传 03 科学家将这两个植株作为亲本进行杂交，结果如下所示： F2中为什么有些植株的花与 植株B的相似？ 思考 F1 交后， F1中有少部分植株含有 个来自 植株B的Lcyc基因， 由于该基因的部分碱基被 ， 基因 表达， 因此，这部分植株的花与植株B的相似。 自 两 甲基化 不能 核心探讨：小鼠的毛色遗传 03 某种实验小鼠的毛色受一对等位基因Avy和a控制，Avy为显性基因，表现黄色体毛，a为隐性基因，表现黑色体毛。 将纯种黄色体毛的小鼠与纯种黑色体毛的小鼠杂交，子一代小鼠的基因型都是Avya，却表现出不同的毛色：介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型。 aa AvyAvy × Avya P F1 介于黄色和黑色之间的一系列不同毛色 某种实验小鼠的毛色受一对等位基因Avy和a的控制，Avy为显性基因，表现为黄色体毛，a为隐性基因，表现为黑色体毛。 核心探讨：小鼠的毛色遗传 03 【资料2】研究表明，在Avy基因的前端（或称“上游”）有一段特殊的碱基序列决定着该基因的表达水平，这段碱基序列具有多个可发生DNA甲基化修饰的位点，当这些位点没有甲基化时， Avy基因正常表达，小鼠表现为黄色；当这些位点甲基化后， Avy基因的表达就受到抑制。这段碱基序列的甲基化程度越高， Avy基因的表达受到的抑制越明显，小鼠体毛的颜色就越深。 根据资料分析，子一代小鼠性状不同的原因是什么？ 思考 Avy基因前端的甲基化程度不同， 导致该基因的表达受到抑制的 程度不同，进而影响性状。 介于黄色和黑色之间的一系列不同毛色 核心探讨：柳穿鱼花的形态结构和小鼠的毛色遗传 03 资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点？ 思考 ①基因的碱基序列 ，性状发生 。 ②部分碱基发生了 修饰， 了基因的表达，进而对表型产生影响。 ③DNA甲基化修饰 遗传给后代， 使后代出现同样的表型。 保持不变 改变 甲基化 抑制 可以 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。 这对你认识基因和性状的关系有什么启示？ 思考 1.概念： 生物体基因的碱基序列 , 但 和 发生可遗传变化的现象，叫作表观遗传。 2.发生时期： 普遍存在于生物体的 、 和 的整个生命活动过程中； 如：同卵双胞胎的微小差异，蜂王和工蜂的截然不同。 表观遗传·小结 03 保持不变 基因表达 表型 生长 发育 衰老 3.类型： ①DNA的 , ②组蛋白的 、 。 4.特点： ① 性：基因的碱基序列保持不变。 ② 性：可以遗传给后代,使后代出现同样的表型。 ③ 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。 表观遗传·小结 03 甲基化 甲基化 不变 可遗传 乙酰化 可逆 注：生物体内有甲基化、去甲基化的一套机制，甲基化可擦除、可重建。 ①一因一效：一个基因控制 性状。 举例：红绿色盲、白化病等单基因遗传病。 ②一因多效：一个基因控制 性状。 举例：研究发现水稻中的Ghd7基因编码的蛋白质不仅参与了开花的调控，而且对水稻的生长、发育和产量都有重要的作用。 ③多因一效： 个基因控制一个性状。 举例：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。 ④环境影响：生物体的性状也不完全是由基因决定的, 对性状也有着重要影响。 基因与性状间的对应关系 04 一个 多个 环境 多个 随堂小练 (　　)1.表观遗传现象由于基因的碱基序列没有改变， 因此生物体的性状也不会发生改变。 (　　)2.吸烟会导致精子中DNA的甲基化水平升高，从而影响基因的表达。 (　　)3.表观遗传现象比较少见，不能普遍存在于生物体整个生命活动过程中。 (　　)4.基因与性状是一一对应的关系。 (　　)5.生物体的一个性状有时受多个基因的影响。 × 基因表达和表型发生可遗传变化； √ × × √ 普遍存在； 不是简单的一一对应的关系； $$