4.2基因表达与性状的关系表观遗传课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

必修2 •第四章•基因的表达 第2节 基因表达与性状的关系 （表观遗传） Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 上课 同学们，我们都知道，得益于遗传学和现代科学技术的发展，DNA技术已经被广泛应用于刑侦破案中，DNA在案件侦破的过程中到底发挥了哪些作用呢？我们一起来看一下 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 或许我们今天学习的内容，表观遗传能帮助我们找到办法。 请同学们思考：基因相同，性状一定相同吗？同卵双胞胎真的一模一样吗？ 可惜我们班目前没有同卵双胞胎来现身说法，没关系，老师给同学们准备了一个案例，我们一起来看一下。 黑色体毛 aa 黄色体毛 Avy Avy Avya 介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型 【案例一】小鼠毛色的遗传 P F1 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 研究发现有一种实验小鼠，毛色受一对等位基因Avy,和a的控制，Avy是显性基因，表现为黄色体毛，a为隐性基因，表现为黑色体毛。现有一实验将黑色体毛小鼠与纯合黄色体毛小鼠交配获得多个基因型为Avya的子代小鼠，并在同样的实验室环境中培养，按孟德尔的经典遗传学观点，请同学们预测以下，子一代小鼠毛色长出来，应该是什么颜色？黄色。而实验结果却是，出现了介于黄色和黑色之间的一系列过渡色。这是为什么？当时的科学家们也和同学们一样，用已有的理论没有办法解释这个现象，所以就开始了新一轮的探究。那么现在请同学们现在也按你们目前的小组模式，基于以上实验现象的发现，跟随者科学家们一起，运用假说演绎法，，进行你们的科学探究。 子一代小鼠的基因型都是Avya，却表现出不同的毛色的原因是什么？ 探究活动一、 基于以上问题的发现，运用假说-演绎法，进行科学探究。 1、提出问题： Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 2、作出假说： 探究活动一、 基于以上问题的发现，运用假说-演绎法，进行科学探究。 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 3、演绎推理（预测）： 探究活动一、 基于以上问题的发现，运用假说-演绎法，进行科学探究。 请小组合作，挑选你们小组认可的假说。 针对该假说设计实验，并说出预期结果； Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 【实验结果1】基因序列比对结果 科研人员采用现代分子生物学技术对F1小鼠的Avy基因进行测序，结果表明，F1中小鼠Avy基因的碱基序列匹配度100% 【实验结果2】同一环境下小鼠Avy基因表达产物检测结果 探究活动一、 4、实验验证 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 5、得出结论： 子一代小鼠的基因型都是Avya，表现出不同的毛色的原因是Avy基因表达水平有差异，表达水平越低，颜色越深。 子一代小鼠的基因型都是Avya，却表现出不同的毛色的原因是什么？ 探究活动一、 基于以上问题的发现，运用假说-演绎法，进行科学探究。 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 科学家并没有止步于此，他们在检测基因序列的同时，还检测了基因的甲基化水平。 导致Avy基因表达水平有差异的原因是什么？ F1-1 (黄色） F1-2 F1-3 F1-4 F1-5 (伪黑色） Avy基因转录的mRNA ++++ +++ ++ + / Avy基因表达的ASP蛋白 ++++ +++ ++ + / Avy基因的甲基化水平 / + ++ +++ ++++ Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. DNA的甲基化为什么会影响基因的表达？要解决这个问题，我们要先从分子结构角度了解什么是DNA甲基化 DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶（DNMT）的催化作用下，将甲基（-CH3)转移到DNA分子胞嘧啶碱基上，将其修饰成为5-甲基胞嘧啶的反应过程，一般发生于CG二核苷酸序列处。 DNA甲基转移酶 DNA甲基化示意图 DNA的甲基化 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 为了更好的解决DNA甲基化为什么会影响表达的问题，老师给同学们准备了一个锦囊，打开它。现在请同学们用里面的材料构建一个DNA甲基化的模型，并通过模型尝试者解释一下，DNA甲基化为什么会影响表达。 构建小鼠Avy基因甲基化物理模型，并解释DNA甲基化为什么会影响基因表达？ 探究活动二、 【资料1】研究表面，在Avy基因的“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； ①如果使用拉链和夹子两种材料模拟DNA的甲基化，拉链可以代表什么，夹子可以代表什么？ ②如何模拟DNA分子的解旋？拉链头代表什么？如何模拟DNA 发生甲基化？ ③通过模拟实验你能推测出甲基化修饰为什么影响基因的表达吗？ Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 11 黄色 伪黑色 Avy基因甲基化可以遗传吗？ Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 基因可以从亲代传递至子代 ，甲基化作为一种基因的修饰，可以从亲代传递到子代吗？ 根据F1代多组小鼠测交结果，分析Avy基因甲基化是否可遗传 测交 F1 Avya × aa黑色体毛 黄色 斑驳色 黑色 F1♀Avy 注：子代只展示了基因型为Avya的小鼠 低 高 甲基化 F1♀Avy F1♀Avy Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 将F1代基因型为Avya的不同毛色的小鼠与黑色小鼠进行测交，发现后代也出现了 13 正常 植株A Lcyc基因 高度甲基化 植株B × F1 F2 少部分 植株A相似 绝大部分 P Lcyc基因 ⊗ 在F2中，为什么有些植株的花与植株B的相似？ 【案例二】柳穿鱼花形态结构的修饰与遗传 柳穿鱼是一种园林花卉。柳川鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。如图所示的两株柳穿鱼，它们体内的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了。 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 植株A和植株B的Lcyc基因相同吗？为什么花的形态结构不同呢？ 当科学家将植株A与植株B进行杂交，在让F1自交，发现F2代出现了与植株B相似的个体，这说明什么？ 14 1、表观遗传的概念 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，叫做表观遗传。 （2）种类： ①DNA甲基化 ②组蛋白修饰 ③RNA干扰 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 生物学家将这样一种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，叫做表观遗传。 表观遗传的概念中为什么没有强调DNA甲基化呢?因为DNA 甲基化是最早被鉴定出来的表观遗传修饰形式,也是最常见、最重要的表观遗传形式之一。从中心法则中我们可以推测一下，想要调控基因表达调控转录过程，还可以调控哪里？除此之外还有组蛋白修饰等 依靠表观遗传，我们可以解释一些通过经典遗传无法解释的问题。比如说： Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 17 【资料2】：科学家对3岁和50岁同卵双生子的四对同源染色体（1、3、12、17号）进行芯片分析，若两个个体同位点的甲基化程度一致，则重叠后出现黄色荧光，不一致则会出现相应的红色和绿色荧光 表观遗传 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 【资料2】孕期及哺乳期女性高脂饮食会增大后代患脂肪性肝病的概率；男性长期高脂饮食，会导致精子中有关基因甲基化程度显著提升，后代肝代谢异常且细胞中相关基因甲基化水平显著高于对照组。 【资料3】长期睡眠不足与心血管疾病、精神疾病（特别是抑郁症）等密切相关，研究者将105名年龄在25至55岁之间、患有睡眠不足的男性与获得充足睡眠的健康男性进行比较。研究发现前者的DNA甲基化水平显著高于后者，尤其是与神经系统发育相关的基因调控元件中DNA甲基化程度显著增髙 。 【资料4】吸烟会使人的体细胞内DNA的甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生影响，这是诱发癌等肿瘤的重要原因。还有研究发现男性吸烟者的精子活力下降，精子中DNA的甲基化水平明显升高。而戒烟多年后，DNA甲基化的水平会降低。 【资料5】处于健康状态的个体在运动几分钟后，细胞内的DNA会出现瞬间变化，主要体现在运动后骨骼肌中相关基因的甲基化程度显著下降，促进相关基因的表达 。 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 同学们，我们都还年轻，世界是你的，也是我的，但你们知道最终属于谁吗？ 属于身体健康的 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 在17年党的十九大会议上，习总书记就提出了：人民健康是民族昌盛和国家富强的重要标志。 没有全面健康，就没有全民小康。所以我们每个人都有维护自身和他人健康的责任。希望我们的同学能将课堂所学的健康知识落实到生活中，也科普给周围的家人、朋友，为实现中华民族伟大复习的中国梦打下坚实的健康基础。 课堂小结 基因 （DNA） 基因表达 蛋白质结构 酶 代谢 性状 表观遗传 环境 调控 改 变 影响 影响 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. $$