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必修2

第2节 基因表达与性状的关系 第4章　基因的表达 同一株水毛茛，裸露在空气中的叶和浸在水中的叶，表现出了两种不同的形态。 讨论: 1.这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗? 2.这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的? 这两种形态的叶，其细胞的基因组成是一样的。 这两种叶形的差异，可能是由叶片所处的环境因素引起的。 问题探讨 问题1：蛋白质如何体现生物性状 问题2：环境条件如何影响生物性状 一、基因表达产物与性状的关系 基因 控制 蛋白质 体现 性状 SZ-LWH SZ-LWH 一、基因表达产物与性状的关系 SZ-LWH SZ-LWH 一、基因表达产物与性状的关系 实例1：豌豆的圆粒与皱粒 淀粉有保留水分的作用 淀粉含量高的豌豆 有效地保留水分 淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩 构建概念模型： 阅读教材P71，分步骤说出皱粒豌豆的形成机制。 实例1：豌豆的圆粒与皱粒 编码淀粉分支酶的基因 指导合成 DNA中插入了一段外来DNA序列 促使 合成淀粉 引起 编码淀粉分支酶的基因异常 淀粉分支酶不能正常合成 淀粉含量___ 不能合成淀粉 _________酶 淀粉含量__高 基因 代谢 过程 生物性状 升 淀粉分支 低 控　制 控　制 控　制 酶 如何从基因控制性状的角度解释这一对相对性状的形成？ 蔗糖 淀粉分支酶 淀粉 说明基因如何控制控制生物的性状？ 控制酪氨酸酶的基因异常 酪氨酸不能正常转化为______ ________不能正常合成 缺乏黑色素，表现_______ 间接控制 酪氨酸酶 黑色素 白化病 基因　 代谢 过程 生物性状 控　制 控　制 控　制 酶 实例2：人的白化病 编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基对 缺少苯丙氨酸，CFTR蛋白空间结构异常 CFTR转运氯离子的功能异常 黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染 基因 蛋白质结构 生物性状 直接控制 控　制 控　制 实例3：70%的囊性纤维化 控　制 蛋白质功能 说明基因如何控制控制生物的性状？ 典例分析 [典例1] 现代科学对皱粒性状豌豆的形成给出了一个完整的回答：皱粒豌豆中的DNA插入了一段外来的DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因，导致淀粉分支酶不能合成，而淀粉分支酶的缺乏又导致细胞内淀粉含量降低，游离蔗糖的含量升高。根据以上信息，下列说法不正确的是(　　) A．圆粒豌豆具有淀粉分支酶 B．基因通过控制酶的合成来间接控制生物体的性状 C．淀粉分支酶具有分解淀粉的作用 D．淀粉是亲水性很强的大分子有机物 C 2.判断关于基因对性状的控制过程的叙述 (1)基因1和基因2一般不会出现在人体内的同一个细胞中(　 　) (2)④⑤过程的结果存在差异的直接原因是血红蛋白结构的不同( ) (3)图中①②过程发生的场所分别是细胞核、细胞质中的核糖体(　 ) (4)白化病是酪氨酸酶活性降低造成的(　　) (5)基因控制囊性纤维化与基因2控制性状的方式相同(　　) × 正误判断 √ √ √ × 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 基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 间接控制 直接控制 豌豆圆粒与皱粒 人的白化病 70%的囊性纤维化 一、基因表达产物与性状的关系 2.为什么形态、结构和功能却不相同？ 红细胞 神经细胞 纤维原细胞 平滑肌细胞 骨细胞 脂肪细胞 横纹肌细胞 小肠上皮细胞 1.同一个体的不同的体细胞所含基因相同吗？ 相同 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。 基因的选择性表达 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3种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示。 思考：mRNA的检测结果说明了什么? 二、基因的选择性表达与细胞分化 二、基因的选择性表达与细胞分化 细胞中表达的基因 管家基因 奢侈基因 在所有细胞中都表达的基因 如：核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因等。 只在某类细胞中特异性表达的基因，这类基因表达会使细胞在形态、结构和功能上产生稳定的差异； 如：胰岛素基因，血红蛋白基因等。 细胞分化的本质：基因的选择性表达 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. 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。 (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(　　) × ✔ ✔ ✔ 正误判断 SZ-LWH SZ-LWH 跟踪训练 典例分析 [典例1] 同一生物体内的不同组织细胞之间，不同的是(　　) A.染色体上的基因 B.细胞质中的tRNA C.遗传密码的种类 D.细胞质中的mRNA D 2.牵牛花的颜色主要是由花青素决定的，如图为花青素的合成与颜色变化途径示意图： 从图中不能得出的结论是(　　) A.花的颜色由多对基因共同控制 B.基因可以通过控制酶的合成来控制代谢 C.牵牛花颜色的表现受到相关酶的控制 D.若基因①不表达，则基因②③也不表达 D 同一生物体内不同组织细胞中，染色体上的基因都相同，A错误；同一生物体内不同组织细胞中，细胞质中的tRNA都相同，B错误；同一生物体内不同组织细胞中，遗传密码的种类都相同，C错误；同一生物体内不同组织细胞中选择性表达的基因不同，因此细胞质中的mRNA不同，D正确。 3.同一个体中，在所有细胞中都表达的一类基因，称为管家基因，只在某类细胞中特异性表达的基因称为奢侈基因。下列叙述错误的是( ) A.管家基因指导合成的蛋白质是维持细胞生命活动所必需的 B.奢侈基因表达的产物赋予细胞特定的形态、结构和功能 C.所有细胞中都含有管家基因，但只有部分细胞含有奢侈基因 D.奢侈基因能表达说明细胞已发生了分化 C 第2节 基因表达与性状的关系 第4章　基因的表达 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？ 如何调控？ 都是受到调控的，这种调控会直接影响性状 基因的选择性表达与基因表达的调控有关 下图所示两种柳穿鱼是同种生物，但花的形态结构不同。 植株A 两侧对称花 植株B 辐射对称花 柳穿鱼花的形态分析 柳穿鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关，两种植株Lcyc基因序列完全相同。。 思考：基于已学知识，对此现象有何疑问？ 【阅读教材P73】说出两种花形出现的原因。 植株B的Lcyc基因被高度甲基化，导致Lcyc基因不表达。 学生齐答：有何矛盾 阅读后单独回答：花形原因 过渡：什么是甲基化，他如何导致基因不表达？ 19 思考：观察下图，什么是DNA甲基化？ 5’-甲基胞嘧啶 （5-mC） DNMT DNMT CPG岛 甲基化 CPG岛 DNMT （注 DNMT——DNA甲基转移酶） DNA甲基化：在DNA甲基转移酶作用下，碱基被选择性地添加甲基的过程。 DNA甲基化将不同程度地抑制基因转录过程。 【模型分析】DNA甲基化影响基因表达的机理 基因 RNA 聚合酶 未发生 DNA甲基化 公路 发生 DNA甲基化 公路 21 × P F1 F2 植株A 两侧对称花 两侧对称花 ⊗ 两侧对称花 植株B 辐射对称花 辐射对称花 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？ 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基因由于部分碱基被甲基化，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的相似。 小组讨论2min，小组代表回答 22 × P F1 F2 植株A 两侧对称花 两侧对称花 ⊗ 绝大多数两侧对称花 植株B 辐射对称花 少部分辐射对称花 据图分析，DNA甲基化能否遗传？依据是什么？ 能遗传，因为亲代和F2都有因DNA甲基化而出现的辐射对称花。 在F2中，性状分离比是 3：1吗？ 小组讨论2min，小组代表回答 23 据图分析，如何从分子水平理解“甲基化修饰能够遗传给下一代”？ 黑色体毛 黄色体毛 Avya 介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型 资料2：小鼠毛色的遗传 Avy Avy aa 5’ 3’ Avy基因 特殊碱基序列 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。 资料2：小鼠毛色的遗传 26 总结柳穿鱼和小鼠性状改变的异同？ 不同点：柳穿鱼花的形态改变是因为Lcyc基因的部分碱基被高度甲基化，小鼠毛色的改变是因为AVY基因的前端有一段影响AVY基因表达的特殊的碱基序列被甲基化。 相同点：基因序列没有发生改变，甲基化修饰导致基因的表达受到抑制，进而影响性状，且均可传给后代。 27 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。 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。 概念： 发生时间： 基因组成相同的同卵双胞胎所具有的微小差异就与甲基化有关 三、表观遗传 特点： （1）DNA序列不变； （2）可遗传给后代； 28 三、表观遗传 类型 DNA甲基化 染色体组蛋白甲基化和乙酰化等修饰 组蛋白 甲基化 组蛋白甲基化示意图 29 研究表明如果爷爷辈在9到12岁时有大吃大喝的经历，那他们的孙子的寿命就比较短，得糖尿病的几率会增加。在青春期前挨饿的男性，其孙子就较少得心血管病。如果父亲在11岁前就开始抽烟，那么他的儿子在9岁时体重超标的概率会增加。 化学物质、营养供给、温度、辐射等环境因素 易影响表观遗传 三、表观遗传 特点：（3）受环境影响； 30 （1）翅的发育需要经过酶催化的反应 （2）酶是在基因指导下合成的 （3）酶的活性受温度、pH等条件影响。 该种情况属于表观遗传吗？ 注意：此现象不能遗传，所以并非表观遗传。 作出假说: 31 经典遗传、表观遗传、环境等对表型的影响 DNA mRNA 蛋白质 性状 转录 翻译 体现 经典遗传 表观遗传 调控 环境 影响 影响 2.表观遗传：（基因）碱基序列不变，引起的性状变化可遗传 3.表型模拟：仅由环境变化引起的性状变化，不可遗传 1.经典遗传：（基因）碱基序列改变，引起的性状变化可遗传 SZ-LWH 课堂小结 SZ-LWH 大多数情况下,基因和性状不是简单的一一对应的关系。 1.性状与基因也存在一一对应关系 2.一个性状可以受到多个基因的影响 如豌豆的高茎和矮茎 如人的身高 3.一个基因也可以影响多个性状 4.性状可由基因与环境共同决定 水稻中的Ghd7基因 开花 生长 发育 产量 三、基因与性状的关系 三、基因与性状的关系 1．已知果蝇的长翅与残翅是一对相对性状，且长翅(V)对残翅(v)为显性，但遗传学家在不同温度下培养长翅果蝇幼虫，得到不同的结果，如下表。 请结合所学知识回答问题： (1)这个实验说明基因与性状是怎样的关系？________________________。 (2)果蝇B的残翅性状能否遗传？________。原因是__________________ _____________________________________________________________。 实验材料 实验处理 结果 长翅果蝇幼虫A 25 ℃条件培养 长翅果蝇 长翅果蝇幼虫B 35～37 ℃处理6～24 h后培养 残翅果蝇 基因控制生物的性状，同时还受环境的影响　 这种残翅性状是单纯由于环境条件的改变而引起的，其遗传物质(基因型)并没有发生改变 不能遗传 SZ-LWH SZ-LWH 跟踪训练 (3)人们将果蝇B的残翅性状称为表型模拟，若现有一残翅果蝇，如何判断它是否是表型模拟？请设计鉴定方案。 ①方法步骤：_____________________________________________________ _______________________________________________________________。 ②结果分析： A．_____________________________________________________________。 B．_____________________________________________________________。 若后代均为残翅果蝇，则该果蝇基因型为vv　 若后代有长翅果蝇出现，则说明该果蝇属于表型模拟 让这只残翅果蝇与在正常温度条件下发育成的异性残翅果蝇(基因型为vv)交配；让其后代在25 ℃温度条件下发育 SZ-LWH SZ-LWH 跟踪训练 $$