資源簡介

4.2基因表達與性狀的關系 學案
【學習目標】
（一）學習目標
1.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.闡述細胞分化是基因選擇性表達的結果。
3.概述生物體的表觀遺傳現象。
【學習重難點】
（一）學習重難點
1、教學重點
（1）基因表達產物與性狀的關系、基因與性狀的關系。
（2）基因的選擇性表達與細胞分化。
2、教學難點
（1）基因表達產物與性狀的關系、基因與性狀的關系。
（2）表觀遺傳
【預習新知】
（一）表觀遺傳
1.基因甲基化：是指基因的多個堿基連接 ，甲基化影響基因的表達。
2.堿基序列的甲基化與表達水平呈 ，不是簡單的一一對應關系。
3.基因甲基化產生的變異屬于 遺傳的變異。
4.表觀遺傳：生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達和表現型發生 的現象，叫做表觀遺傳。
5.表觀遺傳現象普遍存在于生物的生長、發育和 的整個生命活動過程中。
6.基因通過其表達產物——蛋白質來控制性狀， 以及表達水平的高低都是受到調控的。
7.表觀遺傳能夠使生物體在基因的 不變的情況下發生可遺傳的性狀改變。
8.基因與性狀的關系并不是簡單的一一對應的關系，一個性狀可以受到多個基因的影響。同時，生物體的性狀也不完全是由基因決定的， 對性狀也有著重要的影響。
9.基因與 、基因與 、基因與 之間存在著復雜的相互作用，這種相互作用形成了一個錯綜復雜的網絡，精細地調控著生物體的性狀。
【易錯提示】
（一）易錯提示
（1）在一個細胞中所含的基因都一定表達（ ）
（2）基因的選擇性表達與基因表達的調控有關（ ）
（3）表觀遺傳現象比較少見，不能普遍存在于生物體整個生命活動過程中（ ）
（4）基因與性狀的關系是一一對應的關系（ ）
（5）生物體的一種性狀有時受多個基因的影響（ ）
答案：（1）×（2）√（3）×（4）×（5）√
【深化探究】
（一）深化探究
一、基因表達產物與性狀的關系
[問題探究]
1．生物的性狀與基因和環境之間的關系是怎樣的？
提示：生物的性狀是基因與環境共同作用的結果。
2．生物體多種性狀形成的原因是什么？
提示：基因的選擇性表達。
歸納總結：
1．基因控制性狀的方式
直接途徑 間接途徑
方式 基因通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀 基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀
圖解
舉例 囊性纖維病：CFTR基因缺失3個堿基→CFTR蛋白結構異常→功能異常 白化病：酪氨酸酶基因異常→缺少酪氨酸酶→酪氨酸不能轉化為黑色素→白化病
2.基因、蛋白質與性狀之間的關系
蛋白質是生命活動的主要承擔者，基因通過控制蛋白質的合成控制生物體的性狀，基因表達受環境影響，所以生物的性狀是基因和環境共同作用的結果。
二、基因與性狀的對應關系和表觀遺傳
[問題探究]
1．生物的性狀只由基因決定嗎？一種基因只能控制一種性狀嗎？
提示：不是；不是。
2．表現遺傳基因改變了嗎？
提示：沒改變。
歸納總結：
1．基因與性狀的對應關系
基因與性狀的關系并非簡單的線性關系，可以是多個基因決定一個性狀，也可以是一個基因與多個性狀有關。具體關系如下圖所示：
此外生物的性狀還受環境條件的影響，生物性狀是基因型和環境條件共同作用的結果，如水毛茛，其裸露于空氣中的葉為卵形，而沉于水中的葉卻為絲狀。
注：若涉及的物質并非蛋白質(如植物激素)，則基因對其控制往往是通過“控制酶的合成來控制代謝過程進而控制生物體的性狀”這一間接途徑實現的。
2．表觀遺傳的理解
(1)不變：生物體基因的堿基序列保持不變。
(2)變：基因表達和表型發生可遺傳變化。
【鞏固訓練】
（一）鞏固訓練
1.下列關于表觀遺傳，敘述正確的是( )
A.表觀遺傳中，其基因發生了改變，所以使表型發生改變
B.表觀遺傳現象普遍存在生物體的生長、發育和衰老的過程中
C.同卵雙胞胎是因為遺傳物質不同而出現個體差異
D.表觀遺傳的形成只與DNA的甲基化有關
2.許多基因的前端有一段特殊的堿基序列（富含CG重復序列）決定著該基因的表達水平，若其中的部分胞嘧啶（C）被甲基化成為5-甲基胞嘧啶，就會抑制基因的轉錄。下列相關敘述正確的是( )
A.在一條單鏈上相鄰的C和G之間通過氫鍵連接
B.胞嘧啶甲基化導致表達的蛋白質結構改變
C.基因的表達水平與基因的甲基化程度無關
D.胞嘧啶甲基化可能會阻礙RNA聚合酶與基因前端的特殊堿基序列結合
3.黃色小鼠（AA）與黑色小鼠（aa）雜交，產生的F1（Aa）中不同個體出現了不同體色。研究表明，F1（Aa）中不同體色的小鼠A基因的堿基序列相同，但A基因中二核苷酸（CpG）中的胞嘧啶有不同程度的甲基化（如圖），甲基化不影響DNA的復制。下列分析錯誤的是( )
A.F1個體體色差異與A基因甲基化程度不同有關
B.DNA的甲基化不會使堿基互補配對方式發生改變
C.DNA的甲基化使生物體發生可遺傳的性狀改變
D.DNA甲基化可能會影響DNA聚合酶與該基因的結合
4.柳穿魚花的形態結構與Lcyc基因的表達直接相關。現有兩株體內Lcyc基因序列相同的柳穿魚植株A（Lcyc基因未甲基化）和植株B（Lcyc基因有多個堿基甲基化，不能與RNA聚合酶結合），除了花的形態結構不同，其他方面基本相同。下列說法正確的是( )
A. Lcyc基因轉錄時，A植株可轉錄出相應的mRNA,B植株不能
B.柳穿魚植株B體內的Lcyc基因的甲基化修飾不會遺傳給后代
C.兩植株雜交，F1自交產生的F2中可能有與植株B相似的花
D.植株B的Lcyc基因不表達的原因是其被高度甲基化
5.下列關于表觀遺傳的敘述,錯誤的是( )
A.表觀遺傳改變了生物體內基因的堿基排列順序
B.DNA甲基化是造成表觀遺傳的常見原因之一
C.表觀遺傳可以遺傳給后代,使后代出現相同表型
D.基因組成相同的同卵雙胞胎所具有的微小差異與表觀遺傳有關
6.某細菌中精氨酸的合成途徑如圖所示，其中精氨酸是該細菌生活的必需物質，而中間產物都不是必需物質。科學家發現了三種該細菌突變體，它們分別缺失圖中的一種酶，導致自己不能合成精氨酸，被統稱為精氨酸缺陷型突變體。下列說法正確的是( )
A.這三種突變體都可以在添加了精氨酸的培養基上生長
B.在添加中間產物2的培養基上能生長的突變體一定是酶B缺陷型
C.該細菌細胞中精氨酸的合成至少由三對等位基因共同控制
D.若酶A基因不能表達，則酶B基因、酶C基因都不能表達
7.皺粒種子形成的原因是淀粉分支酶基因中插入了一段DNA序列，導致淀粉分支酶出現異常，細胞中淀粉含量下降，豌豆種子皺縮，但是蔗糖含量較高。下列關于基因表達與性狀關系的敘述，正確的是( )
A.皺粒種子的形成說明基因通過控制酶的活性間接控制生物體的性狀
B.淀粉分支酶基因對皺粒種子的影響體現在一個基因不是只影響一種性狀
C.基因還可以通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀，如白化病
D.基因與性狀的關系是一一對應的，環境的變化也會導致生物體的性狀發生改變
8.有研究表明，吸煙會使人體細胞內的DNA甲基化水平升高，對染色體上的組蛋白也會產生影響。男性吸煙者的精子中DNA的甲基化水平明顯升高，精子活力下降。DNA甲基化可以導致DNA不能完成轉錄，進而使該基因的表達受到抑制。DNA甲基化過程中發揮作用的酶為甲基轉移酶。下列說法錯誤的是( )
A.甲基轉移酶發揮作用需要與DNA分子進行結合
B.DNA甲基化可能會阻礙RNA聚合酶與DNA結合
C.若某基因發生了甲基化，則該基因所控制的性狀不變
D.構成染色體的組蛋白發生甲基化等修飾也會影響基因的表達
參考答案
1.答案：B
解析：A、表觀遺傳中，其基因中堿基序列沒有發生改變，而是基因表達改變了，使表型發生改變 ，A錯誤；B、表觀遺傳現象是由于基因表達改變使性狀改變，普遍存在生物體的生長、發育和衰老的過程中 ，B正確；C、同卵雙胞胎是由同一個受精卵發育而來的，遺傳物質相同，通常基因甲基化存在個體差異，C錯誤；D、表觀遺傳的形成與DNA乙酰化、甲基化、磷酸化和泛素化等有關，D錯誤。故選B。
2.答案：D
解析：A、在一條脫氧核苷酸單鏈上相鄰的C和G之間不是通過氫鍵連接的，而是通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”連接的，A錯誤；
B、胞嘧啶甲基化會抑制基因轉錄過程，對已經表達的蛋白質的結構沒有影響，B錯誤；
C、基因的表達水平與基因的轉錄有關，而基因轉錄與基因甲基化程度有關，故基因表達水平與基因的甲基化程度有關，C錯誤；
D、根據胞嘧啶甲基化會抑制基因的轉錄可推知胞嘧啶甲基化可能會阻礙RNA聚合酶與基因前端的特殊堿基序列結合，D正確。
故選D。
3.答案：D
4.答案：ACD
解析：由于植株B的Lcyc基因被高度甲基化，不能與RNA聚合酶結合，故無法進行轉錄產生mRNA，而植株A的Lcyc基因正常表達，所以能進行轉錄產生mRNA,A、D正確;柳穿魚植株B體內的Lcyc基因的甲基化修飾可以遺傳給后代，B錯誤；兩植株雜交，F1自交產生的F2會出現性狀分離可能存在與植株B相似的花，C正確。
5.答案：A
解析：表觀遺傳是指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化的現象,故選A。
6.答案：A
解析：精氨酸是該細菌生活的必需物質，這三種突變體都可以在添加了精氨酸的培養基上生長，A正確；酶A、酶B缺陷型細菌都可以在添加中間產物2的培養基上生長，因為二者體內酶C正常，可以將中間產物2合成精氨酸，B錯誤；細菌是原核生物，沒有等位基因，C錯誤；酶A基因不能表達，酶B基因、酶C基因仍可以表達，D錯誤。
7.答案：B
解析：淀粉分支酶基因通過控制淀粉分支酶的合成來控制代謝過程，進而間接控制生物體的性狀，A錯誤;淀粉分支酶基因中插入了一段DNA序列導致淀粉分支酶出現異常，蔗糖轉化為淀粉的過程受到影響，進而導致細胞中淀粉含量下降，蔗糖含量增多，豌豆種子皺縮，說明一個基因不是只影響一種性狀，B正確;基因可以通過控制蛋白質的結構來直接控制生物體的性狀，但白化病是基因通過控制酶的合成而間接控制生物體性狀的例子，C錯誤;基因與性狀不一定是對應的關系，一種性狀可能會由多個基因控制，一個基因也可能會控制多個性狀，環境的變化也會導致生物體的性狀發生改變，D錯誤。
8.答案：C
解析：甲基轉移酶可將甲基轉移到DNA正常的堿基上，故甲基轉移酶發揮作用需要與DNA分子進行結合，A正確； DNA甲基化可以導致DNA不能完成轉錄，因此DNA甲基化可能會阻礙RNA聚合酶與DNA結合，進而使該基因的表達受到抑制，B正確；若某基因發生了甲基化，則該基因可能無法進行轉錄，最終無法合成相應蛋白質，即會影響基因的表達，導致該基因所控制的性狀不能表現，C錯誤；構成染色體的組蛋白發生甲基化等修飾可能會影響與其結合的DNA的進一步解旋等，也會影響基因的表達，D正確。

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