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

第2节 基因表达与性状的关系 本节聚焦： 1.基因如何控制生物体的形状？ 2.细胞分化与基因表达有什么关系？ 3.表观遗传信息是如何调控基因表达的？ 4.怎样理解基因与性状的复杂性？ 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。 讨论: 1.这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗? 2.这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的? 一样 可能是由叶片所处的环境因素引起。 问题探讨 叶呈扁平状 叶呈丝状 基因 蛋白质 性状 控制 生命活动的主要承担着 体现 一、基因表达产物与性状的关系 例一：豌豆的圆粒与皱粒 指导 合成 促使 引起 升高 淀粉分支 降低 基因 酶 代谢过程 表现型 编码淀粉分支酶的基因 _________酶 合成淀粉 淀粉含量____ DNA中插入了一段外来DNA序列 编码淀粉分支酶的基因异常 淀粉分支酶不能正常合成 不能合成淀粉 淀粉含量___ 例二：白化病 酪氨酸酶 黑色素 白化病 控制酪氨酸酶的基因异常 ________不能正常合成 酪氨酸不能正常转化为______ 缺乏黑色素，表现_______ 基因型 酶 代谢过程 表现型 基因控制性状的途径1： 基因通过控制____的合成来控制___________，进而控制生物体的性状。 酶 代谢过程 间接控制 老人头发变白的原因？ 例三：囊性纤维病的发病机理 CFTR（跨膜）基因缺失了3个碱基 CFTR蛋白结构_____，导致功能_____ 患者支气管内黏液增多 黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染 基因 异常 异常 基因控制性状的途径2： 基因还能通过控制蛋白质的______而_____控制生物体的_______ 性状 结构 直接 生物性状 控　制 控　制 蛋白质结构 直接控制 囊性纤维病的直接病因是什么？ 根本病因又是什么？ CFTR蛋白结构异常 CFTR基因缺失3个碱基。 小结：基因的表达产物与性状的关系 1.间接控制途径 基因通过控制________来控制_________，进而控制生物体的性状 酶的合成 代谢过程 例如：豌豆的圆粒和皱粒、白化病等 2.直接控制途径 基因还能通过控制_____________来_____控制生物体的性状 蛋白质的结构 直接 例如：囊性纤维化、镰刀型细胞贫血症等 牵牛花的颜色主要是由花青素决定的，下图为花青素的合成与颜色变化途径示意图。从图中不能得出的结论是(　　) D A．花的颜色由多对基因共同控制 B．基因可以通过控制酶的合成来控制代谢 C．生物的性状是基因与环境共同作用的结果 D．若基因①不表达，则基因②和基因③也不表达 同一生物体中不同类型的细胞，基因都是相同的，而形态、 结构和功能却各不相同，这是为什么呢？ 二、基因的选择性表达与细胞分化 思考 讨论 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 +++ - - + 说明：“+”表示检测发现相应的分子，“-”表示检测未发现相应的分子。 (1)这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？ 3种细胞中合成的蛋白质都是该细胞中的特异性蛋白质 (2) 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。 基因的选择性表达 产生不同种类蛋白质 细胞形态、结构、生 理功能出现差异 细胞分化 本质 属于管家基因的是：________ 属于奢侈基因的是：_________ 1．细胞分化 (1)细胞分化的标志 ①分子水平：基因选择性表达，合成了某种细胞特有的蛋白质，如卵清蛋白、胰岛素等。 ②细胞水平：形成不同种类的细胞。 (3)细胞分化的“变”与“不变” ①不变：DNA、tRNA、rRNA、细胞的数目。 ②改变：mRNA、蛋白质的种类，细胞的形态、结构和功能。 测评109 基因什么时候表达 基因在哪种细胞中表达 基因表达水平的高低 调控基因是否表达 调控基因表达多少 三、表观遗传 阅读资料1，回答以下问题。 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？导致植株B中Lcyc基因不表达的原因是什么？ 是基因的表达不同导致的。 植株B的Lcyc基因被高度甲基化 研究发现：DNA甲基化将不同程度地抑制基因转录的过程。 2.分析资料,F1的花为什么与植株A的相似?在F2中,为什么有些植株的花与植株B的相似? 3.通过分析这两株柳穿鱼作为亲本进行的杂交实验,你受到什么启示? 甲基化的基因能通过生殖细胞遗传给后代。 资料2：小鼠毛色 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。 研究表明，在Avy基因的前端（或称上游）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_________________的位点，当这些位点___________时， Avy基因_________，小鼠表现为黄色；当这些位点_______后， Avy基因的表达就_________； 这段序列的甲基化程度越高， Avy基因的表达受到的抑制越_____，小鼠体毛的颜色就越____。 发生DNA甲基化修饰 没有甲基化 正常表达 甲基化 受到抑制 深 明显 讨论3．资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点？这对你认识基因和性状的关系有什么启示？ ②DNA甲基化修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表型 启示： ③基因的碱基序列保持不变，性状发生改变 共同点： ①基因的部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达，进而对表型产生影响。 根据共同点来表观遗传的概念？ 基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系，基因的表达受到很多因素的影响，体现了基因与性状之间关系的复杂性。 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。 (3)理解表观遗传注意三个问题。 ①表观遗传现象不符合孟德尔遗传规律。 ②表观遗传可以通过有丝分裂和减数分裂传递被修饰的基因。 ③表观遗传一般是影响到基因的转录过程,进而影响蛋白质的合成。 表观遗传特点及要注意的3个问题 (2)特点。 ①可遗传:基因表达和表型可以遗传给后代。 ②不变性:基因的碱基序列保持不变。 ③可逆性:DNA的甲基化修饰可以发生可逆性变化,即被修饰的DNA可以发生去甲基化。 3.常见的调控机制 （1）DNA甲基化修饰； （2）构成染色体的组蛋白甲基化、乙酰化等。 2.发生时期 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； 4.实例： 基因组成相同的同卵双胞胎；一个蜂群中，蜂王和工蜂形态、结构、生理和行为等方面截然不同。 (2024·浙江1月高考)某种蜜蜂的蜂王和工蜂具有相同的基因组。雌性工蜂幼虫主要食物是花蜜和花粉，若喂食蜂王浆，也能发育成为蜂王。利用分子生物学技术降低DNA甲基化酶的表达后，即使一直喂食花蜜花粉，雌性工蜂幼虫也会发育成蜂王。下列推测正确的是(　　) A．花蜜花粉可降低幼虫发育过程中DNA的甲基化 B.蜂王DNA的甲基化程度高于工蜂 C．蜂王浆可以提高蜜蜂DNA的甲基化程度 D．DNA的低甲基化是蜂王发育的重要条件 D 四、基因与性状的关系 ① 一对（个）基因 一种性状 控制 1. 基因决定生物性状 ②多个基因 一种性状 控制 例如：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。 ③ 一个基因 多种性状 控制 例如：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。 2. 生物性状还会受到环境等条件的影响 表现型=基因型+环境 兔的毛色黑色(W)与白色(w)是一对相对性状，与性别无关。下图所示两项交配中，亲代兔A、B、P、Q均为纯合子，子代兔在不同环境下成长，其毛色如下图所示。下列分析错误的是(　　) B A．兔C和兔D的基因型相同 B．兔C与兔R交配得到子代，若子代在30 ℃ 环境下成长，其毛色最可能是全为黑色 C．兔C与兔R交配得到子代，若子代在－15 ℃ 环境下成长，最可能的表型及其比例为黑色∶白色＝1∶1 D．由题图可知，表型是基因和环境因素共同作用的结果 [举一反三]　表观遗传与表型模拟 (1)相同点：表观遗传与表型模拟都是由环境改变引起的性状改变，遗传物质都没有改变。 (2)不同点：表观遗传是可以遗传的，表型模拟引起的性状改变是不可以遗传的。 遗传学家增做过这样的实验：果蝇幼虫正常的培养温度为25℃，将刚孵化的残翅果蝇幼虫放在31℃的环境中培养，得到了一些翅长接近正常的果蝇成虫，这些翅长接近正常的果蝇在正常环境温度下产生的后代仍然是残翅果蝇。 请针对高温培养残翅果蝇幼虫得到翅长接近正常的果蝇成虫的原因提出假说，进行解释。 思维训练 提出假说 注意：此现象不能遗传，所以并非表观遗传。 （1）翅的发育需要经过酶催化的反应 （2）酶是在基因指导下合成的 （3）酶的活性受温度、pH等条件影响。 作出假说: 假说：果蝇翅的发育需要经过酶催化的反应，而酶是在基因控制下合成的，酶的活性受温度、pH等条件的影响。 课本75 2.在人群中，有多种遗传病是由苯丙氨酸的代谢缺陷所致。人体内苯丙氨酸的代谢途径如下图所示。 (1)哪种酶的缺乏会导致人患白化病?尿黑酸在人体内积累会使人的尿液中含有尿黑酸，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。请分析缺乏哪种酶会使人患尿黑酸症。 (2)从这个例子可以看出，基因、营养物质的代谢途径和遗传病这三者之间有什么关系? (3 )苯丙酮尿症表现为苯丙氨酸的代谢产物之一一-苯丙酮酸积累，并从尿中大量排出，而苯丙酮酸在脑中积累可阻碍脑的发育，造成智力低下。 课本78 5．下图表示人体内苯丙氨酸的代谢途径。请根据图示回答下列问题： 苯丙酮酸在体内积累过多就会对婴儿的______________造成不同程度的损害，使其智力低下，且患者尿味异样。 (2)如果一对患白化病的夫妻(酶①基因均正常)生了3个正常的小孩，最可能的原因是_______________________________________________ 由此可见，基因与性状之间并非简单的线性关系。 (3)若在其他条件均正常的情况下，尿黑酸症患者是由于缺少______ (1)导致苯丙酮尿症的直接原因是患者的体细胞中缺少________，致使体内的苯丙氨酸不能沿正常途径转变为酪氨酸，只能转变为苯丙酮酸。 酶① 神经系统 这对夫妻分别为酶⑤基因、酶⑥基因缺陷 酶③ 1.我国科学家发现在体外实验条件下，某两种蛋白质可以形成含铁的杆状多聚体，这种多聚体能识别外界磁场并自动顺应磁场方向排列。编码这两种蛋白质的基因，在家鸽的视网膜中共同表达。请回答下列问题。 ( 1 )家鸽视网膜细胞表达这两种蛋白质的基本过程是 (2)家鸽的所有细胞是否都含有这两个基因并进行表达 (答“是”或“否”)判断的理由是 在视网膜细胞的细胞核中，编码这两种蛋白质的基因分别转录出相应的mRNA，mRNA通过核孔进入细胞质，在核糖体上翻译出蛋白质。 否 家鸽的所有细胞均由受精卵发育而来，因此所 有的细胞都含有这两个基因，但这两个基因只在部分细胞（如视网膜细胞）中特异性表达，不会在所有细胞中都表达 课本78 (3)如果这两个基因失去功能，家鸽的行为可能发生的变化是 要验证你的推测，请设计实验来验证，写出你的实验思路: 以A、B分别代表编码这两种蛋白质的基因。先设法去除家鸽的这两个基因（基因敲除），组别为①去除A基因，②去除B基因，③同时去除A基因和B基因，④不去除基因的家鸽（对照组）；分别测定4组家鸽视网膜细胞中是否有含铁的杆状蛋白质多聚体，如果有，进一步测定含量；然后在同一条件下放飞4组家鸽，观察它们的定向运动能力；实验要重复多次，确保可重复性。 无法“导航” 谢谢观看！ $