第4章 第2节 基因表达与性状的关系（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中生物必修2 遗传与进化（人教版2019 不定项）

第4章　基因的表达 第2节　基因表达与性状的关系 栏目索引 自主落实 掌握必备知识 合作探究 提升关键能力 学以致用 发展核心素养 素养训练 评价学习效果 课时目标 1．通过实例分析，探究基因表达与性状的关系。(生命观念) 2．通过比较分析，理解在个体发育过程中，细胞发生分化的本质。(科学思维) 3．基于对生物遗传现象的分析和讨论，进一步理解基因、环境与性状的关系。(科学思维) 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 一、基因表达产物与性状的关系 1．基因控制性状的两种方式 酶的合成 代谢过程 蛋白质的结构 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 2．基因对性状的控制实例[连线] 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 二、基因的选择性表达与细胞分化 1．基因类型 (1)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_____ __________所必需的，如核糖体蛋白基因、_____________________。 (2)只在某类细胞中_________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：________________________。 基本 生命活动 ATP合成酶基因 特异性 基因的选择性表达 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 三、表观遗传 1．概念：生物体基因的____________保持不变，但_____________ ________发生可遗传变化的现象。 2．存在：表观遗传现象普遍存在于生物体的____________________ 的整个生命活动过程中。 3．类型：__________________、组蛋白甲基化和_________等。 碱基序列 基因表达和 表型 生长、发育和衰老 DNA甲基化 乙酰化 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 四、基因、环境和性状的关系 1．在大多数情况下，基因与性状并不是简单的____________的关系。 (1)一个性状可以受到____________的影响。 (2)一个基因也可以影响____________。 2．______对性状也有重要的影响。 3．______________________________________________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。 一一对应 多个基因 多个性状 环境 基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 ◆视野拓展 老年人的白发和白化病发病机理 (1)人体衰老时头发之所以变白，是因为控制黑色素形成的酪氨酸酶活性降低，黑色素合成减少。 (2)白化病是由于控制黑色素合成的酪氨酸酶基因异常，使酪氨酸酶无法合成，导致患者不能合成黑色素，表现为白化。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 ◆名师点睛 表观遗传的特点 (1)可遗传：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甲基化修饰可发生可逆性变化，即被修饰的DNA可发生去甲基化。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 ◆思维启迪 1．同一株水毛茛，裸露在空气中的叶呈扇形，浸在水中的叶呈针状，这说明了影响生物的性状的因素有什么？ 提示：基因和环境。 2．同一个体不同细胞的形态、结构和功能不同的根本原因和直接原因分别是什么？ 提示：根本原因是基因的选择性表达，直接原因是合成了特定的蛋白质。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 ◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”) 1．核糖体蛋白基因几乎在所有细胞中表达。(　　 　　) 2．同卵双胞胎具有的微小差异与表观遗传有关。(　　 　　) 3．基因与性状的关系是简单的一一对应关系。(　　 　　) 提示：生物体的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。 4．生物的性状是由基因型和环境共同控制的。(　　 　　) √ √ × √ 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 任务一 基因表达产物与性状的关系 牵牛花的颜色主要是由花青素决定的。下图为花青素的合成与颜色变化途径示意图。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 [问题探究] 1．图中反映了基因控制生物体性状的哪种途径？ 答案：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。 2．牵牛花的颜色只受一对基因控制吗？ 答案：不是，受多对基因控制。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 3．牵牛花的颜色还与细胞中的pH有关，这说明了什么？ 答案：环境因素也会影响生物体的性状。 4．牵牛花的叶肉细胞是否含有基因①②③？也能全部表达吗？ 答案：牵牛花的叶肉细胞含有基因①②③，但不能全部表达。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 基因控制性状的方式 项目 直接途径 间接途径 方式 基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状 基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物性状 图解 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 1．人体内苯丙酮酸过多可引起苯丙酮尿症，下图表示人体内苯丙氨酸的代谢途径，据图分析错误的是(　　) C 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 A．基因1不正常而缺乏酶1可能引起苯丙酮尿症 B．由苯丙氨酸合成黑色素需要多个基因控制 C．基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 D．基因2突变而缺乏酶2将导致人患白化病 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 解析： 由题图可知，基因1不正常而缺乏酶1，则苯丙氨酸只能在细胞中代谢生成苯丙酮酸，导致人患苯丙酮尿症，A正确；由苯丙氨酸合成黑色素需要酶1、酶2的作用，即需要基因1、基因2的控制，B正确；题图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，C错误；基因2突变，导致酶2不能合成，从而不能形成黑色素，使人患白化病，D正确。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 2．(不定项)牵牛花的颜色可随液泡中的酸碱度不同而发生变化：液泡中的花青素在碱性时显蓝色，中性时显紫色，酸性时显红色，其生理机制如下。下列说法中错误的是( 　　) ABC 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 A．可以通过用无水乙醇提取花青素，体外模拟不同pH环境，验证花色变化的机理 B．图中a、b过程是同时进行的，也能够发生在原核细胞中 C．牵牛花在清晨时开蓝花，中午转为紫色，下午则可能为红色 D．蛋白R是一种转运蛋白，说明基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 解析： 花青素为水溶性色素，不可以用无水乙醇提取花青素，A错误；a表示转录，b表示翻译，在真核细胞中两过程不是同时进行的，B错误；夜晚几乎没有光，植物不能进行光合作用，只进行细胞呼吸氧化分解有机物，产生大量的CO2，所以清晨牵牛花的细胞中含较多CO2，CO2溶于水呈酸性，故牵牛花在清晨时开红花，C错误；蛋白R可以协助H＋进入液泡，是一种转运蛋白，说明基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状，D正确。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 基因控制生物性状的途径的判断 (1)若生物性状直接由蛋白质体现，则应为基因控制蛋白质结构直接控制生物性状。 (2)若体现生物性状所涉及的物质并非蛋白质，则基因对其控制往往是通过“控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状”这一间接途径实现的。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 任务二 基因的选择性表达、细胞分化与表观遗传 1．下图表示同一个体的5种细胞中5种基因的表达情况。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 (1)图中哪一个可能是控制呼吸酶合成的基因？ (2)5种细胞中蛋白质差异最大的可能是哪两种？ 答案：(1)基因b。 (2)细胞3和细胞4。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 2．脊椎动物的一些基因的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，则肝细胞和胰岛B细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因分别处于什么状态？ 答案：肝细胞的呼吸酶基因处于非甲基化状态，胰岛素基因处于甲基化状态；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。 3．细胞中的基因能否表达受到精确的调控，基因表达的调控可能发生在基因表达的哪些环节？ 答案：遗传信息的转录和翻译。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 1．基因选择性表达的结果 (1)细胞形态改变：如肌细胞的梭形、哺乳动物成熟红细胞的圆饼状、神经细胞的突起状等。 (2)细胞结构变化：细胞器的种类和数量发生变化。 (3)细胞功能特化：执行特定的功能，如运动功能、反射功能、免疫功能等。 (4)合成特殊分子：如合成唾液淀粉酶、抗体、胰岛素、血红蛋白和肌动蛋白等。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 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，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：细胞形态、结构和功能各不相同。 (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变：mRNA、蛋白质的种类，细胞的形态、结构和功能。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 3．表观遗传机制 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 (1)表观遗传的类型：DNA甲基化，构成染色体的组蛋白的甲基化、乙酰化等。 (2)甲基化等修饰可以抑制或激活某些基因的表达。甲基化程度越高，抑制程度越高。 (3)表观遗传的特点 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。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 4．基因、环境和性状的关系 (1)基因控制生物体的性状，而性状的形成同时还受到环境的影响。 (2)基因与性状的对应关系 ①一个基因控制一个性状(多数性状受单基因控制，这里的“单基因”是指一对等位基因，并不是单个基因)。 ②一个基因影响多个性状。 ③多个基因控制一个性状。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 图解： 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 表观遗传与表型模拟辨析 (1)相同点：表观遗传与表型模拟都是由环境改变引起的性状改变，遗传物质都没有改变。 (2)不同点：表观遗传是可以遗传的，表型模拟引起的性状改变是不可以遗传的。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 1．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。下列相关叙述错误的是(　　) 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，可能会影响生物的性状 D．DNA甲基化，可能会影响细胞分化 A 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 解析： DNA的胞嘧啶被选择性地添加甲基，这不会导致基因碱基序列的改变，A错误。DNA甲基化，会导致mRNA合成受阻，可能会影响生物的性状，可能会影响细胞分化，B、C、D正确。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 2．(2024·贵州卷)大鼠脑垂体瘤细胞可分化成细胞 Ⅰ 和细胞 Ⅱ 两种类型，仅细胞 Ⅰ 能合成催乳素。细胞 Ⅰ 和细胞 Ⅱ 中催乳素合成基因的碱基序列相同，但细胞 Ⅱ 中该基因多个碱基被甲基化。细胞 Ⅱ 经氮胞苷处理后，再培养可合成催乳素。下列叙述错误的是(　　) A.甲基化可以抑制催乳素合成基因的转录 B．氮胞苷可去除催乳素合成基因的甲基化 C．处理后细胞 Ⅱ 的子代细胞能合成催乳素 D．该基因甲基化不能用于细胞类型的区分 D 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 解析： 根据题意可知，细胞 Ⅰ 和细胞 Ⅱ 中催乳素合成基因的碱基序列相同，但细胞 Ⅱ 中该基因多个碱基被甲基化，导致细胞 Ⅱ 不能合成催乳素，说明甲基化可以抑制催乳素合成基因的转录，A正确；细胞 Ⅱ 经氮胞苷处理后，再培养可合成催乳素，说明氮胞苷可以去除催乳素合成基因的甲基化，B正确；处理后细胞 Ⅱ 的催乳素合成基因甲基化水平降低，这种变化可遗传给子代细胞，子代细胞可以合成催乳素，C正确；由于甲基化可影响催乳素合成基因的表达，故可以用该基因的甲基化区分细胞 Ⅰ 和细胞 Ⅱ 两种类型，D错误。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 周期性共济失调的产生机理——科学思维 周期性共济失调是一种由常染色体上的基因(用A或a表示)控制的遗传病，致病基因导致细胞膜上正常钙离子通道蛋白结构异常，从而使正常钙离子通道数量不足，造成细胞功能异常。该致病基因纯合会导致胚胎致死。患者发病的分子机理如下图所示。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 设计1：考查图文转化和信息迁移应用能力 (1)图中①表示的生理过程是________。如果细胞的________(填结构)被破坏，会直接影响图中结构C的形成。 设计2：考查长句表达能力 (2)图中所揭示的基因控制性状的方式是_______________________ ______________________________________________________________ ____________________________________________________________。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 设计3：考查逻辑推理能力与科学思维 (3)一个患周期性共济失调的女性与正常男性结婚生了一个既患该病又患红绿色盲的孩子(色盲基因用b代表)。这对夫妇中，妻子的基因型是____________，这对夫妇再生一个只患一种病的孩子的概率是______。 答案：(1)转录　核仁 (2)基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 (3)AaXBXb　1/2 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 解析： (1)图中过程①表示以基因的一条链为模板合成物质B(mRNA)的转录过程。结构C为核糖体，而核仁与核糖体的形成有关，因此如果细胞的核仁被破坏，会直接影响结构C的形成。(2)图中的基因所编码的通道蛋白属于结构蛋白，因此图中所揭示的基因控制性状的方式是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。(3)周期性共济失调是一种由常染色体上的基因控制的遗传病，该致病基因纯合会导致胚胎致死，据此可推知该病的遗传方式为常染色体显性遗传。红绿色盲属于伴X染色体隐性遗传病。一个患周期性共济失调的女性与正常男性结 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 解析： 婚生了一个既患该病又患红绿色盲的孩子，说明在该对夫妇中，妻子的基因型为AaXBXb，丈夫的基因型为aaXBY。这对夫妇所生孩子患周期性共济失调的概率为1/2，患红绿色盲的概率为1/4，因此这对夫妇再生一个只患一种病的孩子的概率是1/2×3/4＋1/2×1/4＝1/2。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 1．下列关于基因与性状的关系的叙述，错误的是(　　) A．一对相对性状可由多对基因控制 B．基因可通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状 C．隐性基因控制的性状不一定得到表现 D．基因型相同，表型就相同 D 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 解析： 一对相对性状可由一对或多对基因控制，A正确；基因可通过控制酶的合成来间接控制生物的性状，B正确；隐性基因控制的性状可能被显性性状掩盖，如Aa表现为A基因控制的性状，C正确；基因型与环境条件共同决定生物性状，因此基因型相同，环境不同时，表型不一定相同，D错误。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 2．同一动物个体的神经细胞与肌细胞在功能上是不同的，造成这种差异的主要原因是(　　) A．两者所处的细胞周期不同 B．两者合成的特定蛋白不同 C．两者所含有的遗传信息不同 D．两者核DNA的含量不同 B 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 解析： 只有连续分裂的细胞才具有细胞周期，神经细胞与肌细胞都是高度分化的细胞，不再继续分裂，因此两者都不具有细胞周期，A错误；同一动物个体的神经细胞与肌细胞在功能上不同的原因是基因的选择性表达，即两者合成的特定蛋白不同，B正确；同一个体的不同体细胞是由同一个受精卵发育而来的，所以同一个体的不同体细胞中含有的遗传信息相同，核DNA含量也相同，C、D错误。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 3．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 C 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 解析： 表观遗传虽然碱基序列不变，但表观遗传导致的性状改变可以遗传给下一代，C错误。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 4．细胞分化是基因选择性表达的结果，下列关于基因的选择性表达的叙述，正确的是(　　) A．不同的体细胞中表达的基因完全不同 B．基因的“沉默”可能与转录、翻译有关 C．去除细胞中不表达的基因，不影响细胞的全能性 D．在受精卵中，所有的基因都处于表达状态 B 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 解析： 不同的体细胞中表达的基因部分相同，如细胞呼吸相关酶基因都表达，A错误；基因的“沉默”可能与转录、翻译有关，B正确；细胞具有全能性的根本原因是细胞中含有该生物体的全套遗传物质，若去除部分基因，则一定会影响细胞的全能性，C错误；在受精卵中，并非所有的基因都处于表达状态，如唾液淀粉酶基因、胃蛋白酶基因等在受精卵中不表达，D错误。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 5．囊性纤维化患者的患病原因是编码跨膜蛋白的基因发生了碱基的缺失，导致跨膜蛋白转运氯离子的功能异常，最终使患者肺功能严重受损。下列有关分析错误的是(　　) A．发生改变的基因是有遗传效应的DNA片段 B．该实例体现了基因控制生物性状的间接途径 C．跨膜蛋白的形成过程经历了转录和翻译过程 D．控制跨膜蛋白合成的密码子位于mRNA上 B 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 解析： 真核生物中，基因是有遗传效应的DNA片段，A正确；该实例说明了基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状，B错误；基因控制蛋白质的合成包括转录和翻译两个过程，故跨膜蛋白的形成过程经历了转录和翻译过程，C正确；控制合成蛋白质的密码子位于mRNA上，D正确。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 6．纯种黄色体毛(HH)小鼠与纯种黑色体毛(hh)小鼠杂交，子一代小鼠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。研究表明，H基因上有一段特殊的碱基序列，该序列有多个位点可发生甲基化修饰，如下图所示。当没有发生甲基化时，H可正常表达，小鼠为黄色。反之，H基因表达就受到抑制，且发生甲基化的位点越多，基因表达被抑制的效果越明显。结合上述信息，回答下列问题： 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 (1)纯种黄色体毛(HH)小鼠与纯种黑色体毛(hh)小鼠杂交，正常情况下子一代小鼠的基因型都是________，但表型不同，说明了表型是_________ _______共同作用的结果。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 (2)基因型是Hh的小鼠体毛的颜色随H基因发生甲基化的________的增多而加深(黑)，从而呈现不同的表型。在甲基化过程中，H基因的______ ______保持不变，但基因__________________发生可遗传变化，这种遗传叫作____________。 (3)基因对性状的控制实际上是基因与基因、基因与基因___________、基因与环境之间存在复杂的相互作用，形成了一个错综复杂的_________，精细地调控着生物体的性状。 答案：(1)Hh　基因型和环境 (2)位点　碱基序列　表达和表型　表观遗传 (3)表达产物　网络 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 解析： (1)亲本的基因型是HH和hh，子代的基因型是Hh，基因型相同但是表型不同，这说明表型是基因型和环境共同作用的结果。(2)H基因上有一段特殊的碱基序列，该序列有多个位点可发生甲基化修饰(如题图所示)。小鼠体毛的颜色随H基因发生甲基化位点的增多而加深(黑)，从而呈现不同的表型。在甲基化过程中，H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。(3)基因对性状的控制实际上是基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在复杂的相互作用，形成了一个错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。 第4章　基因的表达 生物学 必修2 R 返回导航 课时梯级训练（14） 谢谢观看！ (1)基因________________________生物体的性状。 (2)基因__________________生物体的性状。 $$