4.2 基因的表达与性状的关系 课件 2024—2025学年高一下学期生物人教版必修2

第2节 基因的表达与性状的关系 第四章 基因的表达 基因表达产物与性状的关系 基因的选择性表达与细胞分化 表 观 遗 传 问题探讨 1.这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？为什么？ 基因组成是一样的 2.这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的？ 可能是由叶片所处的环境因素引起的 受精卵 有丝分裂 基因是如何对性状进行控制的呢? 基因决定性状，这里看出基因与性状之间并不是一一对应的关系，为什么呢？ 一、基因表达产物与性状的关系 【资料1】豌豆种子的圆粒与皱粒是 一对相对性状。由等位基因R、r控 制，当R基因插入一段外源DNA片段 时，就成为r基因。下图是豌豆圆粒 和皱粒种子形成的机制。据图回答： 思考：1）淀粉分支酶基因的本质是______________________， 具有遗传效应的DNA片段 2）基因R和r的根本区别是___ ___________________。 基因中碱基的数量和排列顺序不同 编码淀粉分支酶的基因被打乱 3）据图分析，为什么当R基因中插入插入一段外源DNA片段后成了皱粒？ 淀粉分支酶出现异常，活性大大降低 淀粉合成受阻 淀粉含量降低，豌豆失水而皱缩 一、基因表达产物与性状的关系 【资料2】白化病患者是由于编码酪氨酸酶的基因异常引起，酪氨酸酶存在于正常人的皮肤、毛发等处，它能将酪氨酸转化为黑色素。 思考：白化病患者出现的原因？ 酪氨酸酶基因异常 酪氨酸酶不能合成 酪氨酸不能转化为黑色素 缺乏黑色素表现为白化 一、基因表达产物与性状的关系 酪氨酸酶的基因异常 酪氨酸不能转化为黑色素 酪氨酸酶不能合成 缺乏黑色素，表现为白化 打乱了编码淀粉分支酶的基因 淀粉分支酶出现____，活性_____ 淀粉合成受阻 淀粉含量降低，豌豆_____而皱缩 失水 异常 降低 基因 酶的合成 代谢过程 性状 控制 控制 控制 实例：皱粒豌豆 实例：白化病 思考：通过上述两个实例，总结这类基因控制性状的一般规律 基因通过控制酶的合成来控制代谢进程，从而控制生物性状 【资料3】人体内苯丙氨酸的代谢途径： 1）白化病患者体内缺乏酶_____。 ⑤ ③ 思考： 一、基因表达产物与性状的关系 尿黑酸在体内积累会使尿液中含有尿黑酸，这种尿液暴露在空气中会变成黑色，这是尿黑酸症的普遍表现。 3）据图推测苯丙酮尿症是哪种物 质代谢异常导致？ 苯丙酮尿症是由于苯丙氨酸代谢异常造成在血液中大量积累，患者尿液中含量高于常人，苯丙氨酸在体内积累会影响大脑发育。 4）推测苯丙酮尿症患者缺乏酶 。 ① 5）有人认为体内缺少酶①时，一定会使人患白化病。请判断并说明理由？ 缺乏酶①不能合成酪氨酸，但是苯丙酮尿症患者可以从食物中获取酪氨酸，进而合成黑色素。 6）请从饮食方面提出减轻苯丙酮尿 症的思路。 减少苯丙氨酸的摄取 2）尿黑酸症患者缺乏酶_____。 像白化病一样，在人群中，有多种遗传病是由苯丙氨酸的代谢缺陷所致。 一、基因表达产物与性状的关系 资料4：囊性纤维病：是位于7号染色体的 CFTR基因缺失了3个碱基对，导致CFTR蛋 白第508缺少一个氨基酸，其空间结构发 生变化，使CFTR正常情况下能将Cl-运输 至细胞外。当基因发生突变时，导致患 者支气管黏液增多，官腔受阻，细菌大 量繁殖，是肺功能受损。 思考：囊性纤维病出现的原因？ 异常 结构异常 CFTR基因异常 CFTR蛋白结构异常 囊性纤维病 功能异常 CFTR蛋白 基因突变 一、基因表达产物与性状的关系 控制血红蛋白形成的基因异常 血红蛋白的结构发生变化 红细胞呈镰刀状 红细胞容易破裂，患溶血性贫血 镰刀型细胞贫血症： 控制 基因 性状 蛋白质结构 直接 控制 CFTR基因异常 CFTR蛋白结构异常 支气管黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量繁殖，肺功能严重受损 囊性纤维病： 思考：通过上述两个实例，总结这类基因控制性状的另一个规律 基因通过控制蛋白质的结构直接控制性状 细胞 代谢 控制 基因 酶的合成 蛋白结构 性状 性状 间接 控制 直接 控制 一、基因表达产物与性状的关系 蛋白质 指导 控制 基因 酶 细胞代谢 生物性状 结构蛋白 生物性状 蛋白质 间接作用 直接作用 基因表达产物与性状的关系 【总结】通过以上实例基因如何控制控制生物的性状？ 基因指导________的合成， 从而控制生物体的______ 蛋白质 性状 科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞，对这3种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示。 检测的三种细胞 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 +++ - - + 思考：这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？ 输卵管细胞只能合成卵清蛋白，不能合成珠蛋白和胰岛素；红细胞只能合成珠蛋白；胰岛细胞只能合成胰岛素。 分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果 二、基因选择性表达与细胞分化 思考：3种细胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因，但只检测到其中一种基因的mRNA，这一事实说明了什么？ 在不同细胞内表达的基因不同。 思考：三种细胞中有表达情况相同的基因吗?说明理由。 有,ATP合成酶基因、细胞呼吸酶基因等在所有细胞中都表达。 科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞，对这3种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示。 检测的三种细胞 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 +++ - - + 2.细胞分化的本质： 基因的选择性表达 1.生物体多种性状的形成,都是以________为基础的。 同一生物体中不同类型的细胞，_____都是相同的,而形态、结构和功能却 各不相同。 细胞分化 基因 3.表达基因的分类： 管家基因 奢侈基因 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须的。 如呼吸酶基因、核糖体蛋白基因等。 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。 二、基因选择性表达与细胞分化 二、基因选择性表达与细胞分化 ①核糖体蛋白基因 ②唾液淀粉酶基因 ③血红蛋白基因 ④卵清蛋白基因 ⑤呼吸酶基因 ⑥胰岛素基因 ⑦抗体基因 ⑧ATP合成酶/水解酶基因 哪些是几乎所有细胞都要表达的基因？ 哪些是某类细胞中特异性表达的基因？ 二、基因选择性表达与细胞分化 总结：请归纳细胞分化过程中，哪些物质或结构的变化，哪些不变化？ DNA种类，mRNA种类,tRNA种类,rRNA种类,核酸，蛋白质的种类，细胞器的种类和数目，细胞的数目，细胞的形态结构和功能 不变： 。 变： 。 DNA种类，tRNA种类,rRNA种类 mRNA种类,核酸，蛋白质的种类， 细胞器的种类和数目，细胞的数目， 细胞的形态结构和功能 资料：图示三为科学家以柳穿鱼植株A和植株B的花为研究对象做的杂交实验，图示四为植株A与植株B的Lcyc基因模式图。 1）植株A与植株B体内的Lcyc基因的 相同 碱基对排列顺序 2）植株A与植株B体内的Lcyc基因相同、表型不同的现象属于 ，表观遗传是 遗传的; 表观遗传 可以 思考： 三、表观遗传 资料：图示三为科学家以柳穿鱼植株A和植株B的花为研究对象做的杂交实验，图示四为植株A与植株B的Lcyc基因模式图。 三、表观遗传 主要与F1植株体细胞只含有一个甲基化Lcyc基因有关 思考：3）P中植株B的Lcyc基因不表达的原因 Lcyc基因高度甲基化,不能与RNA聚合酶结合,故无法进行转录产生mRNA 思考：4）F2中出现少部分B的原因主要 一、基因表达产物与性状的关系 编码淀粉分支酶的基因 淀粉分支酶 蔗糖 淀粉 锁水强 酪氨酸酶基因 酪氨酸酶 酪氨酸 黑色素 正常 代谢过程 合成 代谢过程 合成 生物性状 生物性状 基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状 结论： 【任务】用文字和箭头总结基因、酶与性状之间的关系 间接控制 一、基因表达产物与性状的关系 酒精（乙醇） 乙醇脱氢酶 乙醛 乙醛脱氢酶 乙酸（醋酸） CO2、H2O、脂肪等 乙醇脱氢酶 相关基因 乙醛脱氢酶 相关基因 乙醛增多，乙醛有毒，扩张血管 喝酒上脸 （脸红） 酒精中毒 （脸白） 酒量好 【应用】 DNA中插入了一段外来的DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因 淀粉分支酶不能正常合成 蔗糖不合成为淀粉，蔗糖含量升高 淀粉含量低的豌豆由于失水而显得皱缩（性状：皱粒） 编码淀粉分支酶的基因正常 淀粉分支酶正常合成 蔗糖合成为淀粉，淀粉含量升高 淀粉含量高，有效保留水分，豌豆显得圆鼓鼓（性状：圆粒） 1、间接控制：基因通过控制酶的合成来控制代谢进程，进而控制生物的性状。 人的白化病： 控制酶形成的基因异常 控制酶形成的基因正常 酪氨酸酶不能正常合成 酪氨酸酶正常合成 酪氨酸不能正常转化为黑色素 酪氨酸能正常转化为黑色素 缺乏黑色素而表现为白化病 表现正常 1、间接控制：基因通过控制酶的合成来控制代谢进程，进而控制生物的性状。 老年人白发与白化病的联系与区别：酪氨酸酶活性下降 2、直接控制：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状 直接原因：结构蛋白异常，根本原因：基因突变 镰刀型细胞贫血症 控制血红蛋白形成的基因中一个碱基对变化 血红蛋白的结构发生变化 红细胞呈镰刀状 红细胞容易破裂，患溶血性贫血 2、直接控制：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状 根本原因：基因突变 （1）豌豆的圆粒与皱粒 （2）人的白化病 （3）囊性纤维病 （4）镰刀型贫血症 判断：以下实例哪些属于直接控制，哪些属于间接控制？ 间接控制 直接控制 1.基因通过控制酶的合成来控制代谢进程，从而控制生物性状。 2.基因通过控制蛋白质的结构直接控制性状。 DNA—蛋白质—性状的关系： DNA的多样性 蛋白质的多样性 生物界的多样性 决定 导致 根本原因 直接原因 表现形式 25 六、基因与性状的关系 1、单个基因控制一个性状 2、多个基因控制一个性状 3、一个基因控制多个性状 白化病，红绿色盲等均由单个基因决定性状。 身高，体重等 带w基因的小鼠毛色表现为花色，并且缺铁红细胞贫血。 总结1：基因对性状的控制并不是简单的线性关系。 总结2：表现型（性状）=基因型（基因）+环境 存在一对多或者多对一的关系 $$