3.4基因通常是有遗传效应的DNA片段课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

单细胞基因组测序 必修2：遗传与进化 单细胞全基因组测序技术是在单细胞水平对全基因组进行扩增与测序的一项新技术。其原理是将分离的单个细胞的微量全基因组DNA进行扩增，获得高覆盖率的完整的基因组后进行高通量测序用于揭示细胞群体差异和细胞进化关系。 人类遗传病致病基因的碱基序列与正常的基因的存在差别，有时一个碱基的差别就会导致遗传病的发生。因此，基因测序能够在遗传病防治中发挥重要作用。2014年11月，一个经单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿在北京大学第三医院出生。这个健康婴儿的母亲患染色体单基因显性遗传病，在自然生育条件下，她的孩子的患病概率是50%。怎样避免她的孩子患这种遗传病呢？初级卵母细胞经过减数分裂会形成卵细胞和极体，如果知道极体的基因组序列，就可以推测出这个卵细胞的基因组序列。选择不含致病基因的卵细胞，再利用试管婴儿技术，就可以获得健康的婴儿。 第4节 基因通常是有遗传效应的DNA片段 必修2：遗传与进化 第3单元 基因的本质 学习目标 核心素养要求 1.举例说明基因通常是有遗传效应的DNA片段。 2. 运用数学方法说明DNA的多样性和特异性。 3. 阐明基因和遗传信息的关系。 1. 生命观念：举例说明基因通常是有遗传效应的DNA片段 2. 科学探究：运用数学方法说明DNA的多样性和特异性 3.科学思维：说明基因与DNA的关系 基因通常是有遗传效应的DNA片段 必修2：遗传与进化 内容1 内容2 说明基因与DNA关系的实例 DNA片段中的遗传信息 本节目录 内容聚焦 我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼的受精卵，培育出了转基因鲤鱼。与对照组相比，转基因鲤鱼的生长速率加快。 　　据科学家介绍，外源基因导入受体细胞后，必须整合到受体细胞的DNA上才能发挥作用。 讨论： 1、为什么转基因鲤鱼的生长速率更快？ 2、导入的外源基因是1个DNA分子，还是DNA分子的一段脱氧核苷酸序列？ 因为外源生长激素基因整合到转基因鲤鱼的DNA上，并发挥了促进生长激素合成的功能，而生长激素可使鲤鱼的生长速率加快。（基因与性状的关系） 转基因鲤鱼（右） 导入的是DNA分子的一段脱氧核苷酸序列。 【问题探讨】 外源基因导入受体细胞后， 必须整合到受体细胞的DNA上才能发挥作用。 【思考】基因等同于DNA吗？ 基因和DNA是什么关系？ 转基因荧光鼠 抗结核转基因牛 转基因植物：抗虫、抗病、抗除草剂、抗逆等 6 合作探究一：小组合作探究教材P57-58资料1、资料2、资料3，思考下列问题 2.根据资料1：能得出什么结论？ 3.根据资料2：说明了什么？ 1.生物体内的DNA分子数目与基因数目相同么？生物体内所有基因的碱 基总数与DNA的碱基总数相同么？如果不同，说明了什么？ 4.根据资料3：说明了什么？ 说明基因与DNA关系的实例 内容1 【思考·讨论】 1.生物体内的DNA分子数目与基因数目相同吗？ 说明基因与DNA关系的实例 内容1 DNA分子数目 < 基因数目 一个DNA分子上含有很多个基因 基因的碱基总数 < DNA分子的碱基总数 基因是DNA的片段 2.生物体内所有基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相同吗？ 【资料1】大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为4700000个碱基对，在DNA分子上分布着4400个基因，每个基因的平均长度约为1000个碱基对。 【资料1】大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为4700000个碱基对，在DNA分子上分布着4400个基因，每个基因的平均长度约为1000个碱基对。 【思考·讨论】 说明基因与DNA关系的实例 内容1 3.如果不同，说明了什么？ 结论：基因是DNA的片段。基因不是连续分布在DNA上，而是由碱基序列将其分隔开。 基因是DNA片段，但DNA片段不一定是基因； 基因是DNA中的双链片段，不是其中的某一条链 基因A 基因B 基因C 【资料2】生长在太平洋西北部的一种海蛰能发出绿色荧光，这是因为海蛰的DNA分子上有一段长度为5170个碱基对的片段---绿色荧光蛋白基因。转基因实验表明，转入了海蛰的绿色荧光蛋白基因的转基因鼠，在紫外线的照射下，也能象海蛰一样发光。 1.水母这一荧光性状为什么能在小鼠身上表现？说明基因有什么特点？ 基因是特定的DNA片段，可切除，可拼接到其他生物的DNA上去，可控制生物性状，具有特定的遗传效应。 通过转录形成mRNA，进而翻译成蛋白质，控制生物性状。 说明基因与DNA关系的实例 内容1 【思考·讨论】 【资料3】人类基因组计划测定的是24条染色体（22条常染色体+X+Y）上的DNA的碱基序列。其中，每条染色体上有一个DNA分子。这24个DNA分子大约有31.6亿个碱基对，其中，构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2% 。 1、人的基因与DNA有怎样的数量关系？ 基因碱基对总数占DNA碱基对总数的很少一部分，进一步说明基因是DNA的片段。 基因A 基因B 基因C 含有3个基因的DNA片段的模式图 非基因片段 非基因片段 非基因片段 非基因片段 说明基因与DNA关系的实例 内容1 【思考·讨论】 【资料4】近年来的科学研究发现，小鼠体内HMGIC基因与肥胖直接相关。小鼠没有HMGIC基因，就没有肥胖的表现，有HMGIC基因就有肥胖表现。 进一步明确基因具有特定的遗传效应，控制生物性状。 说明基因与DNA关系的实例 内容1 12 基因是一段DNA，基因不是连续分布在DNA上的。 基因具有遗传效应，基因能控制生物性状。 资料1和3： 资料2和4： 什么是基因？ 合作探究二：能否从DNA水平上给基因下一个定义，要求既能反映基因与DNA的关系，又能体现基因的作用。 基因是 的 。 基因的作用 与DNA的关系 有遗传效应 DNA片段 【思考】为什么说“通常”？ 通常 说明基因与DNA关系的实例 内容1 遗传效应：指具有复制、转录、翻译、重组、突变及调控等功能。 有些病毒的遗传物质是RNA， 如HIV病毒（艾滋病病毒）、SARS-CoV-2病毒(新冠病毒）等。 对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。 基因通常是有遗传效应的DNA片段，是生物体遗传的功能单位和结构单位。 说明基因与DNA关系的实例 内容1 14 大多数生物以DNA作为遗传物质，其基因是有遗传效应的DNA片段 有些病毒的遗传物质是RNA，如人类免疫缺陷病毒（艾滋病病毒）、流感病毒，试推测这些病毒的基因的本质。 对于RNA病毒而言，其基因就是有遗传效应的RNA片段 RNA病毒 基因通常是有遗传效应的DNA片段 辩证思维： 完善概念: 【构建基因的概念】 HIV病毒 说明基因与DNA关系的实例 内容1 每个基因都是特定的DNA片段 有特定的遗传效应 1个DNA分子 DNA蕴含了大量的遗传信息 基因A 基因B 【讨论】DNA只含有4种脱氧核苷酸（4种碱基），核苷酸的排列顺序中蕴藏着遗传信息。为什么DNA能够储存大量的遗传信息？ DNA片段中的遗传信息 内容2 一、DNA片段中的遗传信息 T C G A T A G C T A 脱氧核苷酸序列与遗传信息 碱基排列顺序千变万化 遗传信息 基本骨架 DNA的多样性 【资料1】 若1个碱基对组成1个基因 若2个碱基对组成1个基因 若3个碱基对组成1个基因 4种 16种 64种 遗传信息： DNA分子中碱基（或碱基对、脱氧核苷酸）的排列顺序。 若n个碱基对组成1个基因 4n种 DNA的特异性 DNA片段中的遗传信息 内容2 【资料2】 前面数学模型模拟探究是建立在所有碱基对的随机排列都能构成基因这一假设下的。事实上，大部分随机排列的碱基序列从来不曾出现在生物体内，而有些序列却会在生物体内重复数千甚至数百万次。 在生物体内，基因中的碱基并不是随机排列的。 具有特定的遗传效应 【讨论】你认为基因是碱基对随机排列成的DNA片段吗？ 每个基因都是特定的DNA片段 具有特定的碱基排列顺序 碱基特定的排列顺序， 构成了DNA的特异性。 DNA片段中的遗传信息 内容2 1、遗传信息的概念： 遗传信息蕴藏在____________________之中。 4种碱基的排列顺序 2、DNA分子的多样性和特异性： DNA的多样性 DNA的特异性 碱基排列顺序千变万化 碱基特定的排列顺序 DNA的多样性和特异性是_________________________的物质基础。 生物体多样性和特异性 DNA片段中的遗传信息 内容2 合作探究三： 在刑侦、亲子鉴定领域，DNA能像指纹一样用来鉴定个人身份。结合脱氧核苷酸序列的多样性和特异性，你能分析这一方法的科学依据吗？ 在人类的DNA中，核苷酸序列多样性表现为每个人的DNA几乎不可能完全相同，因此，DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。 DNA片段中的遗传信息 内容2 染色体 DNA是主要的 。 蛋白质 DNA 基因 脱氧核苷酸 每个DNA分子含有 个基因 基因是有 的DNA片段（本质） 基因在染色体上呈 。 基因是 的基本单位 染色体是DNA的 。 （DNA的载体还有 和 等） 每条染色体含有 个DNA分子 每个基因含有 个脱氧核苷酸 脱氧核苷酸（碱基）的 代表遗传信息。 主要载体 线粒体 叶绿体 1个或2 遗传物质 多 遗传效应 线性排列 决定生物性状 成千上万 排列顺序 二.基因、DNA、染色体之间的关系 DNA片段中的遗传信息 内容2 21 基因A 基因B 基因C 含有3个基因的DNA片段的模式图 某种性状的表达，如能够指导相应蛋白质的合成、控制生物体的性状等 基因通常是有遗传效应的DNA片段 但一段DNA片段不一定是基因 有遗传效应的片段 性状 染色体 体现 呈线性排列 组成 染色质 同种物质 基因 DNA+蛋白质 注意：如果遗传物质是RNA，则基因就是具有遗传效应的RNA片段。 遗传信息？ 二.基因、DNA、染色体之间的关系 DNA片段中的遗传信息 内容2 22 非编码区 非编码区 编码区 编码区上游 编码区下游 与RNA聚合酶结合位点 启动子 终止子 ①不编码蛋白质。 编码蛋白质 ,连续不间断 编码区： 非编码区 ②调控遗传信息表达，上游的RNA聚合酶结合位点 三.基因的结构 1.原核细胞的基因结构 DNA片段中的遗传信息 内容2 RNA聚合酶结合位点 编码区 非编码区 非编码区 外显子 内含子 非编码区：不编码蛋白质，调控遗传信息的表达 连续的，并翻译成蛋白质 间隔、不连续，外显子编码蛋白质 编码区 原核细胞 真核细胞 真核细胞基因结构 2.真核细胞的基因结构 DNA片段中的遗传信息 内容2 三.基因的结构 基因 前体mRNA mRNA 蛋白质 2.真核细胞基因结构 三.基因的结构 DNA片段中的遗传信息 内容2 1.下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，错误的是（ ） A．染色体是DNA的主要载体，一条染色体上含有1个或2个DNA分子 B．在DNA分子结构中，与脱氧核糖直接相连的一般是一个磷酸基团和一 个碱基 C．一个基因含有许多个脱氧核苷酸，基因的特异性是由脱氧核苷酸的排 列顺序决定的 D．基因通常是具有遗传效应的DNA片段，对RNA病毒而言，基因是有遗 传效应的RNA片段 B 习题检测 2.我国一些城市在交通路口启用了人脸识别技术，针对行人和非机动车闯红灯等违规行为进行抓拍，这种技术应用的前提是每个人都具有独一无二的面孔。下列有关生物学的叙述不正确的是（ ） A．人体遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中 B．碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性 C．碱基特定的排列顺序，构成了每个DNA分子的特异性 D．一个最短的DNA分子大约有8000个碱基，可能的排列方式有48000 D 习题检测 课堂总结 . 1.科学研究发现，未经人工转基因操作的番薯都含有农杆菌的部分基因，而这些基因的遗传效应促使番薯根部发生膨大产生了可食用的部分，因此番薯被人类选育并种植。下列相关叙述错误的是（ ） A.农杆菌这些特定的基因可以在番薯细胞内复制 B.农杆菌和番薯的基因都是4种碱基对的随机排列 C.农杆菌和番薯的基因都是有遗传效应的DNA片段 D.农杆菌这些特定的基因可能在自然条件下转入了番薯细胞 B 一、 概念检测 练习与应用 29 . 二、 拓展应用 1.在严查偷猎野生动物的行动中，执法部门发现某餐馆出售的一种烤肉比较可疑，餐馆工作人员说是“山羊肉”，经实验室检验，执法部门确定这种“山羊肉”来自国家二级保护动物斑羚。你认为执法部门最可能采取哪种检测方法?为什么? 最可能采取DNA鉴定的方法。因为每种生物的DNA具有特异性，只有将“山羊”的DNA与斑羚的DNA进行比对，才能确定这种“山羊肉”是否来自国家二级保护动物斑羚。 练习与应用 30 . 人脸识别技术的前提是每个人都有独特的面部特征，而这些都是由基因决定的，这说明了基因的特异性；每个人的基因都有区别，反映了基因的多样性。 2.我国一些城市在交通路口启用了人脸识别技术，针对行人和非机动车闯红灯等违规行为进行抓拍。这种技术应用的前提是每个人都具有独一无二的面孔。为什么人群中没有一模一样的两个人呢?请你从生物学的角度评述人脸识别技术的可行性。 练习与应用 31 一、 选择题 1.本章介绍的艾弗里的实验、赫尔希和蔡斯的实验都证明DNA是遗传物质，这两个实验在设计思路上的共同点是 ( ) A.重组DNA片段，研究其表型效应 B.去掉DNA片段，研究其表型效应 C.设法分别研究DNA和蛋白质各自的效应 D.应用同位素标记技术，研究DNA在亲代与子代之间的传递 2.在噬菌体侵染细菌的实验中，下列对噬菌体外壳蛋白质合成的描述，正确的是 ( ) A.氨基酸原料和酶来自细菌 B.氨基酸原料和酶来自噬菌体 C.氨基酸原料来自细菌，酶来自噬菌体 D.氨基酸原料来自噬菌体，酶来自细菌 C A 复习与提高 3.烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)同属于RNA病毒，都可以使烟草患病。将TMV的RNA和HRV的蛋白质外壳混合后感染烟草 叶片，使烟草患病，可能观察到的现象是 ( ) A.能检测到TMV的RNA和蛋白质 B.能检测到HRV的RNA和蛋白质 C.能检测倒TMV的RNA和HRV的蛋白质 D.能检测到HRV的RNA和TMV的蛋白质 4.研究人员对数千种生物的DNA碱基序列进行测定发现，没有任何两个物种的DNA序列是 一样的。DNA具有多样性的主要原因是 ( ) A.DNA由4种碱基组成 B.DNA具有规则的双螺旋结构 C.DNA具有碱基互补配对的特点 D.DNA的碱基对有很多种不同的排列顺序 A D 复习与提高 二、非选择题 1、DNA分子杂交技术可以用来比较不同种生物DNA分子的差异。当两种生物的DNA单链具有互补的碱基序列时，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离的单链（如图所示）。形成杂合双链区的部位越多，说明这两种生物的亲缘关系越近，这是为什么？ 形成杂合双链区的部位越多，则DNA碱基序列的一致性越高，说明在生物进化过程中，DNA碱基序列发生的变化越小，因此亲缘关系越近。 复习与提高 2.科学家分析了多种生物DNA的碱基组成， 一部分实验数据如以下两表所示。据表回答下面的问题。 生物 猪 牛 器官 肝 脾 胰 肺 肾 胃 (A+T)(G+C) 1.43 1.43 1.42 1.29 1.29 1.30 （1）不同生物DNA中4种脱氧核苷酸的比例相同吗？这说明DNA具有什么特点？ 不同。这表明不同生物的DNA中脱氧核苷酸的组成不同，说明DNA的碱基排列顺序具有多样性。 复习与提高 （2）同种生物不同器官细胞的DNA中脱氧核苷酸的比例基本相同，这说明DNA具有什么特点？为什么？不同生物的A、T之和与G、C之和的比值不一致，这说明了什么？为什么？ 同种生物不同器官细胞的DNA中脱氧核苷酸的比例基本相同，这说明同种生物DNA的碱基组成具有一致性（特异性） 不同生物的A、T之和与G、C之和的比值不一致，这说明不同生物DNA的碱基组成不同，表明了DNA的多样性。 其原因是不同生物在漫长的进化过程中，形成了每种生物特有的DNA序列。 （3）除少数病毒外，所有生物的DNA都由4种相同的碱基组成，试从生命起源和进化的角度说明原因。 说明生物是由共同祖先进化而来的 复习与提高 $$