資源簡介

4.2基因表達與性狀的關系學案
【學習目標】
1.能舉出基因表達產物與性狀關系的例子。
2.能說出基因的選擇性表達與細胞分化的關系。
3.了解表觀遺傳的概念和實例。
【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】
基因表達產物與性狀的關系
基因控制性狀的途徑
1.間接途徑
（1）途徑：基因酶的合成細胞代謝生物體的性狀。
（2）舉例
①豌豆的圓粒與皺粒
圓粒豌豆：淀粉含量高→成熟時吸水脹大；
皺粒豌豆：編碼淀粉分支酶的基因被插入的DNA序列打亂→淀粉分支酶異常，活性大大降低→淀粉合成受阻，含量降低→成熟時失水皺縮。
②人自化病的形成：控制酪氨酸酶的基因異常→不能合成酪氨酸酶→酪氨酸不能轉變為黑色素→表現出白化癥狀。
2.直接途徑
（1）途徑：基因蛋自質的結構生物體的性狀。
（2）舉例
囊性纖維化：編碼CFTR蛋白（一種轉運蛋白）的基因缺失了3個堿基→CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸→CFTR蛋白結構與功能異常→支氣管中黏液增多，管腔受阻，細菌在肺部大量繁殖，最終使肺功能嚴重受損。
基因的選擇性表達與細胞分化
1．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。
2．表達的基因分類
(1)所有細胞中都表達的基因：指導合成的蛋白質是維持細胞基本生命活動所必需的。
(2)某類細胞中特異性表達的基因：即基因的選擇性表達。
3．細胞分化的本質：基因的選擇性表達。
4．基因的選擇性表達：與基因表達的調控有關。
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】
（1）基因只能通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀（ ）
（2）基因型相同的個體，其表型一定相同（ ）
答案：（1）×（2）×
【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】
1.蛋白D是某種小鼠正常發育所必需，缺乏則表現為侏儒鼠。小鼠體內的A基因能控制該蛋白的合成，a基因則不能。A基因的表達受P序列（一段DNA序列）的調控，如圖所示。P序列在精子中是非甲基化，傳給子代能正常表達；在卵細胞中是甲基化，傳給子代不能正常表達。有關敘述錯誤的是( )
A.基因型為Aa的侏儒鼠，A基因一定來自于母本
B.降低甲基化酶的活性，發育中的小鼠侏儒癥狀都能一定程度上緩解
C.侏儒雌鼠與侏儒雄鼠交配，子代小鼠不一定是侏儒鼠
D.正常雌鼠與正常雄鼠交配，子代小鼠不一定是正常鼠
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.下列有關細胞分化的分析，錯誤的是( )
A.在個體發育過程中，有序的細胞分化能夠增加細胞的類型
B.從細胞器水平分析，細胞分化是細胞器的種類、數目改變的結果
C.細胞分化使各種細胞的遺傳物質有所差異，導致細胞的形態和功能各不相同
D.從蛋白質角度分析，細胞分化是蛋白質種類、數量改變的結果，這是細胞分化的直接原因
5.牽牛花是一年生草本植物，兩性花，其花瓣顏色受多對等位基因控制，其作用機理如下圖所示。圖中白色、藍色、黃色、紅色分別代表相應顏色的化合物，甲、乙、丙、丁、戊代表五種不同的酶，控制合成這五種酶的基因分別為A、B、C、D、E，隱性基因不能合成相應的酶，且各對基因均獨立遺傳。黃色作為中間產物時含量較低，對花瓣顏色無影響。戊對白色3的親和力遠大于丁，只有白色3大量積累時才能轉化為黃色。藍色和紅色混合呈現出紫色，藍色和黃色混合呈現出綠色。回答下列問題：
（1）據題意分析，基因控制花瓣顏色的方式是________。
（2）假設不考慮代謝途徑3，基因型為AABBcc和AAbbCC的兩植株雜交后再自交，子二代表型及比例是_______。
（3）據圖分析，該牽牛花花瓣顏色共有________種，藍色花瓣植株的基因型有________種。純合紅色花瓣植株的各種基因型中，顯性基因數目最少的是________。
（4）兩純合親本雜交再自交，F2只出現紫色和藍色兩種表型，且比例為15：1，據此推測F 植株的基因型是________。
（5）現有5包不同基因型的純合牽牛花植株種子，每種種子基因型均只有一對基因為隱性基因，其余基因均為顯性基因。因標簽丟失無法辨別，請設計最簡便的交配方案加以區別，實驗設計思路及結論是________。
參考答案
1.答案：B
解析：A、P序列在精子中是非甲基化，傳給子代能正常表達；在卵細胞中是甲基化，傳給子代不能正常表達，故基因型為Aa的侏儒鼠，A基因一定來自于母本，A正確；
B、降低甲基化酶的活性，導致P序列甲基化程度降低，對A基因表達的抑制作用降低，從而使得發育中的小鼠侏儒癥狀（基因型為Aa）能一定程度上緩解，但基因型為aa的癥狀無法緩解，B錯誤；
C、若侏儒雌鼠（aa）與侏儒雄鼠（Aa，其中A基因來自于母方）雜交，雄鼠的精子正常，后代中基因型為Aa的雌雌鼠生長發育均正常，故子代小鼠不一定是侏儒鼠，C正確；
D、若正常雌鼠（Aa）與正常雄鼠（Aa）雜交，后代中基因型為Aa的雌雌鼠中的A基因若來自母方，則表現為侏儒鼠，D正確。
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：C
解析：A.在個體發育過程中，有序的細胞分化能夠增加細胞的類型，A正確；
B.從細胞器水平分析，細胞分化是細胞器的種類、數目改變的結果，B正確；
C.細胞分化的實質是基因的選擇性表達，不會改變細胞中的遺傳物質，C錯誤；
D.從蛋白質角度分析，細胞分化是蛋白質種類、數量改變的結果，這是細胞分化的直接原因，D正確。
5.答案：（1）通過控制酶的合成來控制代謝過程，間接控制生物體的性狀
（2）紫色：綠色：藍色=9：3：4
（3）6；42；aaBBCCddee和aabbCCDDee
（4）AABbCCDdee
（5）思路：將5包種子分別取少部分種下，長成植株后觀察表型。
結論：開紅花的植株為aaBBCCDDEE；開藍花的植株為AAbbCCDDE；開綠花的植株為AABBccDDE；開紫花的植株有兩種，為AABBCCddE和AABBCCDDee，無法區分，則將開紫花的植株分別與開藍花的植株雜交得F1再自交得F2，若紫花：藍花=3：1，則親本紫花植株為AABBCCddEE；若紫花：藍花=13：3，則親本紫花植株為AABBCCDDee
解析：（1）由題意可知，花瓣顏色受多對等位基因控制，且色素物質的轉化需要酶的參與，說明基因是通過控制酶的合成來控制代謝過程，間接控制生物體的性狀。
（2）由題意可知，甲、乙、丙、丁、戊代表五種不同的酶，控制合成這五種酶的基因分別為A、B、C、D、E，隱性基因不能合成相應的酶，且各對基因均獨立遺傳，黃色作為中間產物時含量較低，對花瓣顏色無影響。戊對白色3的親和力遠大于丁，只有白色3大量積累時才能轉化為黃色。藍色和紅色混合呈現出紫色，藍色和黃色混合呈現出綠色。基因型為AABBcc和AAbbCC的兩植株雜交后（AABbCc）再自交，子二代為紫色9AAB_C_：綠色3AAB_cc：藍色（3AAbbC_：1AAbbcc）=9：3：4。
（3）由題意可知，該牽牛花花瓣顏色共有6種，即藍色、黃色、紅色、紫色、綠色和白色。藍色花瓣植株的基因型共有（2×3×3×3×3）A_________-（2×2×2×3×3+2×1×2×2×1）紫色（A_B_C_____+A_bbC_D_ee）-（2×2×1×3×3+2×1×1×2×1）綠色（A_B_cc____+A_bbccD_ee）=162-80-40=42種。紅色花瓣基因型為aaB_C_____或aabbC_D_ee，其中純合紅色花瓣中顯性基因數目最少得是aaBBCCddee和aabbCCDDee。
（4）兩純合親本雜交再自交，F2只出現紫色和藍色兩種表型，且比例為15：1，說明F1為雙雜合，在根據F2只出現紫色和藍色，說明有A和C，且AA和CC純合，但不能出現E，則可推知F1基因型為AABbCCDdee。
（5）據題意可知，每種種子基因型均只有一對基因為隱性基因，其余基因均為顯性基因，可將5包種子分別取少部分種下，長成植株后觀察表型，開紅花的植株為aaBBCCDDEE；開藍花的植株為AAbbCCDDE；開綠花的植株為AABBccDDE；開紫花的植株有兩種，為AABBCCddE和AABBCCDDee，無法區分。將開紫花的植株分別與開藍花的植株雜交得F1再自交得F2，若紫花：藍花=3：1，則親本紫花植株為AABBCCddEE；若紫花：藍花=13：3，則親本紫花植株為AABBCCDDee。

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