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

4．2基因表达与性状的关系 【知识目标】 1．了解基因如何控制生物体性状 2．掌握表观遗传信息如何调控基因表达 【能力目标】 通过举例说明基因与性状的关系，提升联系实际生活的能力 目标一：基因表达产物与性状的关系 1．间接控制 (1)途径：基因酶的合成细胞代谢生物体的性状 (2)举例 ①豌豆的圆粒与皱粒: 圆粒豌豆：淀粉含量高→成熟时吸水胀大； 皱粒豌豆：编码淀粉分支酶的基因被插入的DNA序列打乱→淀粉分支酶异常，活性大大降低→淀粉合成受阻，含量降低→成熟时失水皱缩。 ②人白化病的形成： 控制酪氨酸酶的基因异常→不能合成酪氨酸酶→酪氨酸不能转变为黑色素→表现出白化症状。 (3)结论：基因通过控制________来控制_____过程，进而控制生物体的性状。 2．直接控制 (1)途径：基因蛋白质的结构生物体的性状 (2)举例分析 ①囊性纤维化：编码CFTR蛋白(一种转运蛋白)的基因缺失了3个碱基→CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸→CFTR蛋白结构与功能异常→支气管中黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量繁殖，最终使肺功能严重受损。 ②镰状细胞贫血：编码血红蛋白的基因发生了氨基酸的替换→谷氨酸替换成了缬氨酸→蛋白质的结构与功能异常→红细胞呈弯曲的镰刀状→使人出现贫血症状 （3）结论：基因还能通过控制_____________直接控制生物体的性状。 【典型例题】 例1． 下图为人体内基因对性状的控制过程，分析可知(　　) 　A．基因1和基因2一般不会出现在人体内的同一个细胞中 　B．图中①过程需要RNA聚合酶的催化，②过程不需要tRNA的协助 　C．④⑤过程的结果存在差异的根本原因是血红蛋白结构的不同 　D．过程①②③表明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 目标二：基因的选择性表达与细胞分化 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。 1．分析鸡的不同类型细胞中生物大分子的检测结果，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？ 2．在不同类型的细胞中，表达的基因大致可以分为两类： 　 3．细胞分化的本质：基因的选择性表达 细胞中基因种类都是相同的，但是表达的基因不同，会使细胞表现出不同的性状。 4．细胞分化的表现 ①分子水平：mRNA、蛋白质种类数量等不同。 ②细胞器水平：细胞器种类和数量有较大差异。③细胞水平：细胞形态、结构、功能发生改变。 【典型例题】 例2． 下表是5种基因在几种细胞中表达的情况，“+”表示基因开放表达，“-”表示基因关闭不表达，相关叙述错误的是(　　) A．细胞呼吸酶基因和核糖体rRNA基因在所有细胞中均表达 B．胰岛B细胞中不存在血红蛋白基因和抗体基因 C．上述基因表达的差异体现了细胞分化的实质 D．上述三种细胞的差异是基因选择性表达的结果 目标三：表观遗传 1．概念： 生物体基因的_____________保持不变，但基因表达和表型发生_____________的现象，叫作表观遗传。 2．表观遗传信息调控基因表达的方式 （1）DNA的甲基化：基因中的碱基序列没有变化，但部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达，影响表型。 （2） 组蛋白修饰：指组蛋白在相关酶作用下发生甲基化、乙酰化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等修饰的过程。 （3） RNA水平： ①RNA水平修饰 ②非编码RNA干扰 3． 特征 （1）普遍性：现象普遍存在于生物的生长、发育和_____________的整个生命活动过程中。 （2）受_____________影响：例如吸烟会使人的体细胞内DNA甲基化水平升高，对染色体组蛋白产生影响。 （3）DNA序列_____________改变：如同卵双胞胎具有完全相同的基因组成，但在长大成人后性格、健康方面等会出现差异，这种现象与表观遗传有关。 （4）可遗传：这类改变通过有丝分裂或减数分裂在细胞或个体间世代遗传。 【合作学习】 1．柳穿鱼性状改变的原因？ 2．F1的花为什么与植株A的相似？ 3． 在F2中，为什么有些植株的花与植株B的相似？ 4．某种实验小鼠的毛色受一对等位基因Avy和a的控制，Avy为显性基因，表现为黄色体毛，a为隐性基因，表现为黑色体毛。将纯种黄色体毛的小鼠与纯种黑色体毛的小鼠杂交，子一代小鼠的基因型都是Avya，却表现出不同的毛色，介于黄色和黑色之间的一系列过度类型。 讨论：小鼠性状改变的原因是什么？ 提醒： 1．表观遗传并不是进化。在外因消失后，表观遗传现象会逐渐淡化消失，DNA会回到原先的调控状态。 2．表观遗传状况的改变是可逆的。如人的不良生活习惯(吸烟、吸毒等)会改变有关基因的表观遗传状态，但一旦这些不良习惯被消除。这些表观遗传的改变又会逐渐减弱甚至消失。 3．表观遗传机制对生物种群的生存和繁衍可能是有利的，也可能是有害的。 【典型例题】 例3．下列有关表观遗传的说法，正确的是（　　） 　A．基因的碱基序列不发生改变　　　　　　　　B．基因的表达过程不受影响 　C．生物性状发生不可遗传变异　　　　　　　　D．白化病就是一种表观遗传现象 目标四：基因与性状不是简单的一一对应关系 （1）一个基因 一种性状(多数性状受单基因控制) （2）一个基因 多种性状(基因间相互作用） 例：我国科学家研究发现水稻中的Ghd7基因编码的蛋白质不仅参与了开花的调控，而且对水稻的生长、发育和产量都有重要作用。 （3）多个基因 一种性状 例：人的身高是由多个基因决定的，其中每个基因对身高都有一定的作用。 （4）环境影响：同种生物基因型相同表型不一定相同，生物性状是基因型和环境条件共同作用的结果。 （5）多因素作用：基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间借助复杂的相互作用，形成一个错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。 【典型例题】 例4．蒜黄和韭黄是在缺乏光照的环境下培育的蔬菜，对形成这种现象的最好解释是(　　) 　A．环境因素限制了有关基因的表达 B．两种均为基因碱基序列的改变 　C．叶子中缺乏形成叶绿素的基因 D．黑暗中植物不进行光合作用 【当堂检测】 1．下列对基因、蛋白质和性状之间关系的叙述错误的是（　　） 　A．基因可以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 　B．基因控制蛋白质合成一般按照“DNA→RNA→蛋白质”的途径进行 　C．同一株水毛茛水面上下的叶片形状不同表明生物体的性状仅受环境的影响 　D．在RNA病毒中RNA作为遗传物质控制性状 2.研究表明：长翅果蝇幼虫在25℃的环境中培养，最终都表现为长翅。而将卵化后4-7天的长翅果蝇幼虫在35-37℃环境下处理6-24小时后，得到了某些残翅果蝇。此实验说明（ ） A．此现象为表观遗传的体现 B．低温诱导果蝇的遗传物质改变 C．生物的性状只由遗传物质决定 D．一个基因可以控制多个性状 读书不觉已春深，一寸光阴一寸金。第 1 页 共 3 页 学科网（北京）股份有限公司 $