4.2 基因表达与性状的关系课件-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

人教版 生物学 必修2 第4章　基因的表达 基因表达与性状的关系 第2节 1 举例说明基因控制生物体性状的两种方式。(重点) 2 描述基因选择性表达与细胞分化的关系。 3 阐述表观遗传现象。(难点) 目标引领 学习目标 素养目标 2 2.社会责任：结合表观遗传，烟雾中含有的化学物质及其危害等知识，向亲友和周围的人群深入宣传戒烟的道理。 （首课思政育人点） 1 科学思维：通过表观遗传的实例，引导学生归纳DNA甲基化的表观遗传现象。 受精卵 叶呈扁平状与丝状 （基因组成________） 有丝分裂 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。 相同 叶呈扁平状 1.这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？ 讨论 叶呈丝状 2.这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的？ 环境因素 问题激疑 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 体现 性状 基因如何控制生物性状的？ 一、基因表达产物与性状的关系 阅读教材 P71-72，从基因与蛋白质的角度解释以下现象： 1. 豌豆的圆粒和皱粒 2. 人的白化症 3. 囊性纤维病 自主探究 为什么圆粒豌豆变成了皱粒豌豆？ 根本原因是什么？直接原因是什么？ 资料1 与圆粒豌豆不同的是，皱粒豌豆的DNA中插入了一段外来DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因，导致淀粉分支酶出现异常，活性大大降低，进而使细胞内淀粉含量降低。淀粉在细胞中具有保留水分的作用。当豌豆成熟时，淀粉含量高的豌豆能有效地保留水分，十分饱满；淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩。 一、基因表达产物与性状的关系 自主探究 1. 豌豆的圆粒和皱粒 编码淀粉分支酶的基因 酶 合成淀粉 淀粉含量____ 淀粉能_________ 高 淀粉分支 保留水分 指导 合成 促使 DNA中插入了一段外来DNA序列 打乱了编码淀粉分支酶的基因 淀粉分支酶出现____，活性_____ 淀粉含量_____ 豌豆_____而皱缩 低 失水 引起 异常 降低 基因 酶、激素等 代谢 过程 表现型 控制 调节 表现 一、基因表达产物与性状的关系 资料2 人的白化症状是由编码酪氨酸酶的基因异常而引起的。酪氨酸酶存在于正常人的皮肤、毛发等处，它能将酪氨酸转变为黑色素。如果一个人由于基因异常而缺少酪氨酸酶，那么这个人就不能合成黑色素，从而表现出白化症状。 一、基因表达产物与性状的关系 1. 为什么会出现白化症状？根本原因是什么？直接原因是什么？ 2. 用文字和箭头总结基因、酶与性状之间的关系。 编码酪氨酸酶的基因正常 酪氨酸转化为黑色素 酪氨酸酶正常 表现正常 正常人 白化病人 编码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 基因 酶、激素等 代谢 过程 表现型 控制 调节 表现 2. 人的白化病 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 基因表达产物与性状的关系 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 一、基因表达产物与性状的关系 资料3 在大约70％的囊性纤维化患者中，编码CFTR蛋白（一种转运蛋白）的基因缺失了3个碱基对，导致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，其空间结构发生变化，使CFTR转运氯离子的功能出现异常，导致患者支气管中黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量生长繁殖，最终使肺功能严重受损。 正常气管 囊性纤维化气管 分析囊性纤维病的发病机理，用流程图表述基因、 基因表达产物与性状之间的关系。 一、基因表达产物与性状的关系 编码CFTR蛋白的基因_____________ CFTR蛋白在508位缺少________ CFTR蛋白转运_______的功能异常 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 CFTR蛋白__________发生变化 缺失3个碱基对 苯丙氨酸 空间结构 氯离子 编码CFTR蛋白的基因 基因 蛋白质结构 性状表现 蛋白质功能 一、基因表达产物与性状的关系 基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 3.囊性纤维病 小 结 所有的基因都表达吗？ 基因 酶的合成 控制 生物的性状 间接控制 代谢过程 控制 小结：基因控制性状的两种途径 （2）直接控制 基因 蛋白质的结构 控制 生物的性状 直接控制 （1）间接控制 根据课本P72的“思考·讨论”，回答下列问题： 二、基因的选择性表达与细胞分化 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 +++ - - + 1.这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？ 2.3种细胞中的DNA都含有以上三种基因，但只检测到其中一种基因的mRNA， 这一事实说明了什么？ 每种细胞只合成3种蛋白质的1种，这3种细胞合成的蛋白质种类不完全相同。 细胞中不是所有的基因都表达，基因的表达具有选择性。 合作解疑 表达的基因分类 管家基因 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。 奢侈基因 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。 细胞的分化 二、基因的选择性表达与细胞分化 基因的选择性表达与基因表达的调控有关。 性状 直接影响 资料1 1.资料1中植株A和植株B的花的形态不同是基因不同导致的？还是基因的表达不同导致的？ 2.导致植株B中Lcyc基因不表达的原因是什么？ 柳穿鱼是一种园林花卉。下图所示的两株柳穿鱼，除了花的形态结构不同，其他方面基本相同。 是基因的表达不同导致的。 植株B的Lcyc基因被高度甲基化。 三、表观遗传 资料2 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渡类型。 三、表观遗传 3.资料2中，F1小鼠的基因型都是Avya，小鼠毛色为什么不是黄色而是表现出介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型？ 因为小鼠的Avy基因的前端有多个可发生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，并且甲基化程度越高，受到的抑制越明显，小鼠的毛色越深。 三、表观遗传 三、表观遗传 DNA完全一致的工蜂和蜂王 基因组成相同的同卵双胞胎 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，叫作表观遗传。 表观遗传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 自主探究 总结：表观遗传的特点及调控机制 (1)特点 ①可遗传性：即这类改变通过有丝分裂或减数分裂，能在细胞、个体间遗传。 ②可逆性的基因表达：如甲基化时，可影响基因的表达；去甲基化时，可恢复基因的表达。 ③不变性：基因的碱基序列不变。 核心归纳 三、表观遗传 总结：表观遗传的特点及调控机制 (2)三种常见的调控机制 ①DNA甲基化修饰：主要抑制转录。 ②非编码RNA干扰(例如miRNA)：主要抑制翻译。 ③组蛋白甲基化、乙酰化等。 核心归纳 三、表观遗传 基因与性状的对应关系 豌豆的圆粒和皱粒 、人的白化症、囊性纤维病、镰刀型贫血症 1. 一对一： 2. 多对一： 人的身高 3. 一对多： 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。 基因与性状的关系并不是简单的一一对应关系。 长翅果蝇幼虫 性状是基因与环境共同作用的结果 以上事实说明基因与性状的关系是怎样的？ 25℃ 长翅 35～37℃ 残翅 基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，这种相互作用形成了一个错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。 思考：性状还与其他因素有关系吗？ 首课思政育人 吸烟会使人体细胞内DNA的甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生影响。男性吸烟者精子中DNA的甲基化水平升高，精子活力下降。请查阅相关资料，结合表观遗传，烟雾中含有的化学物质及其危害等知识，向亲友和周围的人群深入宣传戒烟的道理。 健康生活，培养、提升社会责任感！ 知识建构 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 √ 巩固训练 2.下列有关细胞分化的叙述，正确的是( ) A.同一生物个体不同的细胞中DNA、mRNA、蛋白质的种类和数量互不相同 B.红细胞的形成与基因表达有关而与细胞分化无关 C.胡萝卜叶肉细胞脱分化形成愈伤组织后不具有全能性 D.细胞分化是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果 √ 巩固训练 3.许多基因的启动子内富含CG重复序列，若其中的部分胞嘧啶(C)被甲基化成为5-甲基胞嘧啶，就会抑制基因的转录。下列相关叙述正确的是 ( ) A.在一条单链上相邻的C和G之间通过氢键连接 B.胞嘧啶甲基化导致已经表达的蛋白质结构改变 C.胞嘧啶甲基化会阻碍RNA聚合酶与启动子结合 D.基因的表达水平与基因的甲基化程度无关 √ 巩固训练 $