資源簡介

(共36張PPT)
基因表達與性狀的關系
人教版/必修2 遺傳與進化/第4章/第2節
1.舉例說明基因通過控制酶的合成和蛋白質的結構控制生物體的性狀。
2.說明細胞分化是基因選擇表達的結果。
3.概述生物體的表觀遺傳現象。
學習目標
情境導入
同一株水毛茛，裸露在空氣中的葉和浸在水中的葉，表現出了兩種不同的形態。
討論：
1.這兩種形態的葉，其細胞的基因組成一樣嗎？
2.這兩種葉形的差異，可能是由什么因素引起的？
提示：兩種形態的葉，其細胞的基因組成是一樣的。
提示：這兩種葉形的差異可能是由于葉片所處的環境引起的。
一、基因表達產物與性狀的關系
基因控制生物的性狀，基因又指導蛋白質的合成，那么基因、蛋白質與性狀之間是什么關系呢？
實例一：豌豆的圓粒和皺粒
一、基因表達產物與性狀的關系
編碼淀粉分支酶的基因正常
淀粉分支酶正常合成
淀粉含量高，而蔗糖含量低
淀粉含量高，有效保留水分，豌豆顯得圓鼓鼓（性狀：圓粒）
DNA中插入了一段外來的DNA序列，打亂了編碼淀粉分支酶的基因
淀粉分支酶不能正常合成
淀粉含量低，蔗糖含量高
淀粉含量低的豌豆由于失水而顯得皺縮（性狀：皺粒）
基因
酶
代謝過程
性狀
實例一：豌豆的圓粒和皺粒
一、基因表達產物與性狀的關系
實例二、白化病
控制酪氨酸酶的基因正常
酪氨酸酶正常合成
表現正常
酪氨酸能轉化為黑色素
控制酪氨酸酶的基因異常
酪氨酸酶不能正常合成
表現為白化病
酪氨酸不能轉化為黑色素
基因
酶
代謝過程
性狀
建構概念
分析以上實例一和實例二，說明基因和性狀之間有什么關系？
基因→酶→代謝過程 →性狀
基因對生物性狀的間接控制
一、基因表達產物與性狀的關系
囊性纖維病是北美白種人中常見的一種遺傳病，患者汗液中氯離子的濃度升高，支氣管被異常的黏液堵塞，常于幼年時死于肺部感染。
實例三、囊性纖維病
一、基因表達產物與性狀的關系
CFTR基因缺失了3個堿基
CFTR蛋白結構異常，導致功能異常
患者支氣管內黏液增多
黏液清除困難，細菌繁殖，肺部感染
基因
蛋白質結構
性狀
實例三、囊性纖維病
一、基因表達產物與性狀的關系
控制血紅蛋白的基因
中一個堿基對變化
血紅蛋白結構發生變化
紅細胞呈鐮刀狀
控制血紅蛋白
的基因正常
血紅蛋白結構正常
正常紅細胞
實例四、鐮刀狀貧血癥
基因
蛋白質結構
性狀
建構概念
分析以上實例三和實例四，說明基因和性狀之間有什么關系？
基因對生物性狀的直接控制
基因→蛋白質的結構 →性狀
二、基因的選擇性表達與細胞分化
生物體多種性狀的形成，都是以細胞分化為基礎的。
同一生物體不同類型的細胞，基因都是相同的，而形態、結構和功能卻各不相同。
這是為什么呢？
二、基因的選擇性表達與細胞分化
檢測的3種細胞 卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰島素基因 卵清蛋白mRNA 珠蛋白mRNA 胰島素mRNA
輸卵管細胞
紅細胞
胰島細胞
分析不同類型細胞中DNA和mRNA的檢測結果
+ + +
+ + +
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－
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二、基因的選擇性表達與細胞分化
思考討論：
1.這3種細胞中合成的蛋白質種類有什么差別？
2.3種細胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰島素基因，
但只檢測到其中一種基因的mRNA，這一事實說明了什么？
3.3種細胞中有表達情況相同的基因嗎？說明理由。
4.造成同一生物體不同類型的細胞的形態、結構和功能差異的原因是什么？
二、基因的選擇性表達與細胞分化
思考討論：
1.這3種細胞中合成的蛋白質種類有什么差別？
提示：3種基因轉錄的mRNA分別出現在3種細胞中，表明每種細胞只合成3種蛋白質中的一種。如輸卵管細胞只合成卵清蛋白，紅細胞只合成珠蛋白，胰島素細胞只合成胰島素。
二、基因的選擇性表達與細胞分化
思考討論：
2.3種細胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰島素基因，
但只檢測到其中一種基因的mRNA，這一事實說明了什么？
提示：這一事實說明，細胞中并不是所有的基因都能得到表達，基因的表達存在選擇性。
二、基因的選擇性表達與細胞分化
思考討論：
3.3種細胞中有表達情況相同的基因嗎？說明理由。
提示：有，核糖體蛋白基因、ATP合成酶基因、細胞呼吸酶基因等在所有細胞中都表達。
二、基因的選擇性表達與細胞分化
思考討論：
4.造成同一生物體不同類型的細胞的形態、結構和功能差異的原因是什么？
提示：每種類型的細胞只表達一部分基因，即基因表達的差異產生了不同類型的細胞。
總結
科學家研究發現
1.在細胞中的基因有些表達，有些不表達。
2.細胞分化的本質就是基因的選擇性表達。
3.基因的選擇性表達與基因表達的調控有關。
如何調控？
三、表觀遺傳
基因什么時候表達、在哪種細胞中表達以及表達水平的高低都是受到調控的，這種調控會直接影響性狀。
如何調控？
三、表觀遺傳
閱讀課本73頁資料1和資料2討論：
1.上述資料中，柳穿魚和小鼠現在改變的原因是什么？
提示：在花型不同的柳穿魚植株中，Lcyc基因相同，但該基因的表達存在差異，開輻射對稱花的植株B，Lcyc基因被高度甲基化，因此不表達。小鼠毛色改變的基因是Avy基因的甲基化程度不同，導致該基因的表達受到抑制的程度不同，進而影響性狀。
發生在基因或基因前端的甲基化修飾均導致相關基因的表達受到抑制，進而影響性狀。
三、表觀遺傳
討論
2.分析資料1，F1的花為什么與植株A的相似？在F2中，為什么有些植株的花與植株B的相似？
提示：F1植株同時含有來自植株A和植株B的Lcyc基因。植株A的Lcyc基因能夠表達，表現為顯性；植株B的Lcyc基因由于部分堿基甲基化，基因表達受到抑制，表現為隱性。因此，同時含有這兩個基因的F1中，F1的花與植株A的相似。F1自交后，F2中有少部分植株含有兩個來自植株B的Lcyc基因，由于該基因的部分堿基被甲基化，基因表達受到抑制，因此，這部分植株的花與植株B的相似。
三、表觀遺傳
討論
3.資料1和資料2展示的遺傳現象有什么共同點？這對你認識基因和性狀的關系有什么啟示？
提示：資料1和資料2展示的遺傳現象都表現為基因的堿基序列保持不變，但基因的表達受到抑制，因此性狀發生改變，而且這種改變可以遺傳。
基因的堿基序列相同，性狀可能不同，這表明基因與性狀的關系并不是簡單的一一對應的關系，基因的表達受到很多因素的影響，體現了基因與性狀之間關系的復雜性。
表觀遺傳總結
1.DNA甲基化
DNA的甲基化可以引起基因的失活。影響基因的表達。
DNA甲基化是在甲基轉移酶的催化下，DNA的CG兩個核苷酸中的胞嘧啶，被選擇性地添加甲基，形成5-甲基胞嘧啶，這常見于基因的5'-CG-3'序列。
除了DNA甲基化，構成染色體的組蛋白發生甲基化、乙酰化等修飾也會影響基因的表達。
表觀遺傳總結
1.DNA甲基化
如柳穿魚的植株B的Lcyc基因，在花期沒有表達就是因為它被高度甲基化。
又如小鼠毛色改變的基因Avy由于甲基化程度不同，導致小鼠出現不同的毛色。
表觀遺傳總結
2.基因表達的調控直接影響性狀
（1）表達時期：如柳穿魚體內的Lcyc基因在開花時的表達。
（2）表達細胞：如柳穿魚的Lcyc基因在花的細胞中表達。
（3）表達水平的高低：如Avy基因的甲基化程度越高，Avy基因的表達受到的抑制越明顯。
表觀遺傳總結
3.表觀遺傳
（1）概念
（2）特點
表觀遺傳現象普遍存在與生物體的生長、發育和衰老的整個生命活動過程中。
生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達和表型發生可遺傳變異的現象。
如：同卵雙生具有的細微差異，蜂王和蜂工基因組相同，但是很多性狀不同。
聯系生活
有研究表明，吸煙會使人的體細胞內DNA的甲基化水平升高，對染色體上的組蛋白也會產生影響。不僅如此，還有研究發現，男性吸煙者的精子活力下降，精子中DNA的甲基化水平明顯升高。請查閱相關資料、結合表觀遺傳、煙草煙霧中含有的化學物質及其危害等知識。向親友和周國人群深入宣傳戒煙的道理。
四、基因與性狀的對應關系
基因和性狀的關系是簡單的線性關系嗎？
材料1：淀粉的親水能力強于蔗糖，含淀粉多的種子飽滿，含蔗糖多的種子吃起來甜。豌豆的淀粉分支酶基因突變后，導致其不能控制合成淀粉分支酶，種子內的蔗糖無法轉化為淀粉，所以淀粉分支酶基因既影響了豌豆種子的性狀，也影響了種子的甜與非甜的性狀。
材料2：我國科學家發現水稻中的Ghd7基因編碼的蛋白質不僅參與了開花的調控，還對水稻的生長。發育和產量都有重要作用。
以上材料說明了什么？
說明一對基因可以控制多對性狀。
四、基因與性狀的對應關系
基因和性狀的關系是簡單的線性關系嗎？
材料3：有研究顯示，人的身高由多個基因決定，每個基因對身高都有一定的貢獻，多個基因決定人的最終身高。
材料4：據大量病例分析，癌癥的發生并不是單一基因突變的結果，至少在一個細胞中發生5~6個基因突變，才能賦予癌細胞所有的特征，這是一種累積效應。
以上材料說明了什么？
說明多對基因可以共同控制一種性狀。
四、基因與性狀的對應關系
材料5：雄蛙和雌蛙的性染色體分別是XY和XX。如果讓它們的蝌蚪在20℃溫度下發育時，雌雄比例大約為1：1。如果讓這些蝌蚪在30℃溫度下發育時，不管它們的性染色體組成怎樣，將全部發育成雄蛙。
材料6：人的身高除了受基因的控制，還和后天的營養、體育鍛煉有密切關系。
以上資料說明什么問題？
生物的性狀除了受_________決定外，________也對生物的性狀有一定的影響。
遺傳物質
環境條件
四、基因與性狀的對應關系
基因和性狀的關系是簡單的線性關系嗎？
材料7：遺傳學家做過這樣的實驗：果蠅幼蟲正常的培養溫度為25℃，將剛孵化的殘翅果蠅幼蟲放在31℃的環境中培養，得到了一些翅長接近正常的果蠅成蟲，這些翅長接近正常的果蠅在正常環境溫度下產生的后代仍然是殘翅果蠅。
①以上材料說明了什么？
說明環境因素也可以影響生物的性狀類型。
長翅果蠅
幼蟲
長翅果蠅
25℃
35～37℃
殘翅果蠅
四、基因與性狀的對應關系
基因和性狀的關系是簡單的線性關系嗎？
長翅果蠅
幼蟲
長翅果蠅
25℃
35～37℃
殘翅果蠅
②請針對出現殘翅果蠅的原因提出假說，進行解釋。
（1）翅的發育需要經過酶催化的反應
（2）酶是在基因指導下合成的
（3）酶的活性受溫度、pH等條件影響。
基因、蛋白質和性狀之間的關系總結
五、及時鞏固
1.下列關于基因與性狀關系的敘述，錯誤的是（ ） A．一對相對性狀可由多對基因控制 B．基因可通過控制酶的合成進而控制生物的性狀 C．隱性基因控制的性狀不一定得到表現 D．基因型相同，表現型就相同
2.菱生活在淡水中，它的葉有兩種形態：沉于水中的呈細絲狀，浮出水面的卻薄
而寬闊。這個實例可以說明（ ）
A．基因對性狀的表現具有決定性作用 B．環境對基因的表達有影響
C．性狀的表現未必受基因的控制 D．環境是性狀表現的決定因素
D
B
五、及時鞏固
3.關于基因對生物性狀的控制，下列說法錯誤的是（ ） A．生物的性狀和基因之間不是簡單的線性關系
B．基因控制生物的性狀有直接和間接兩種方式
C．基因通過控制蛋白質的結構控制生物性狀是間接方式 D．基因通過控制酶的合成來控制代謝過程是間接方式
C
4．下列關于基因、性狀、環境三者的表述，最準確的是（ ） A．性狀表現相同，則基因組成一定相同
B．基因與性狀之間是一一對應的關系
C．基因組成相同，則性狀表現一定相同 D．性狀由基因決定，同時受環境影響
D

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