資源簡介

教學設計
課程基本信息
學科 生物 年級 高一 學期 春季
課題 基因的選擇性表達及表觀遺傳現(xiàn)象
教科書 書 名：普通高中教科書生物學必修二《遺傳與進化》教材 出版社：北京師范大學出版社
教學目標
1. 通過小鼠細胞中基因種類及不同基因的表達情況結(jié)合受精卵和胚胎發(fā)育過程中mRNA表達量變化的科研材料分析，說明細胞分化的原因是基因選擇性表達。 2. 小鼠毛發(fā)遺傳研究的材料以及問題串的設計，解釋某些基因堿基序列不變但表型改變的可遺傳的表觀遺傳現(xiàn)象。 3. 在真實科研材料分析以及完善模型的基礎上，得出細胞分化、基因選擇性表達、表觀遺傳調(diào)控機制之間的聯(lián)系。 4. 通過真實科研實例分析及概念圖的構(gòu)建，認同環(huán)境可以通過表觀遺傳改變生物性狀，建立健康文明的生活方式、樹立環(huán)境保護的意識。
教學重難點
教學重點： 通過小鼠毛發(fā)遺傳研究的材料以及問題串的設計，解釋某些基因堿基序列不變但表型改變的可遺傳的表觀遺傳現(xiàn)象。 通過對小鼠毛色遺傳影響的素材分析，說出環(huán)境可以通過表觀遺傳機制影響生物性狀的形成。 構(gòu)建遺傳信息傳遞的概念圖，認同生物體的性狀是基因和環(huán)境共同決定的。
教學難點： 通過小鼠毛發(fā)遺傳研究的材料以及問題串的設計，解釋某些基因堿基序列不變但表型改變的可遺傳的表觀遺傳現(xiàn)象。 通過對小鼠毛色遺傳影響的素材分析，說出環(huán)境可以通過表觀遺傳機制影響生物性狀的形成。
教學過程
情境導入： 幻燈片出示兩種不同毛色的小鼠，通過小鼠毛色形成的原因溫故知新——基因的表達。 并引出相關(guān)問題：小鼠的毛囊黑素細胞是否含有胰島素基因，若有，它能表達嗎？ 分析小鼠不同類型細胞中基因和mRNA的檢測結(jié)果，并思考： 1、這4種細胞中基因種類有差別嗎？ 2、這4中細胞合成的蛋白質(zhì)有差別嗎？如果有，分析原因。 基因的選擇性表達導致細胞的分化 資料1 生物的特定細胞或組織，在某一生長狀態(tài)下所轉(zhuǎn)錄出來的mRNA是不同的。通過高效的測序技術(shù)，對生物在特定條件下轉(zhuǎn)錄形成的RNA進行分析，可以了解基因表達情況?？茖W家對體外培養(yǎng)的小鼠受精卵、2-細胞胚、8-細胞胚和桑葚胚階段細胞的基因表達情況進行了多次轉(zhuǎn)錄組測序，測得各個時期mRNA的分子平均數(shù)目（圖2-12)。 隨著受精卵和胚胎的發(fā)育，細胞逐步分化，基因表達數(shù)目有明顯的變化，說明了什么問題？細胞分化與基因選擇性表達有關(guān)。繼續(xù)完善概念圖。 緊接著繼續(xù)思考：基因的選擇性表達有什么意義？ 引導學生閱讀課本并結(jié)合表格得出相應的結(jié)論。 表觀遺傳是不依賴于DNA堿基序列變化的遺傳現(xiàn)象 基因為什么會發(fā)生選擇性表達呢？哪些因素調(diào)控著基因的選擇性表達？繼續(xù)回到小鼠的毛色遺傳中。純種黃色體毛小鼠與純種黑色體毛小鼠雜交，F(xiàn)1表型如何 任務一 探究：F1小鼠為何會出現(xiàn)不同毛色？ 分析出現(xiàn)該現(xiàn)象可能的原因： 首先，F(xiàn)1小鼠均處于相同的培養(yǎng)條件下，目的是排除環(huán)境因素對 性狀的影響； 再者，測序結(jié)果顯示不同F(xiàn)1小鼠的Avy基因完全一致， F1： 黃色 偽黃色 目的是排除了基因突變發(fā)生； 教師展示【資料2】 LTR（一種全身持續(xù)表達的強啟動子序列）的DNA序列中富含CpG二核苷酸序列，其胞嘧啶（C）的5'碳位會在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶的作用下共價結(jié)合一個甲基基團，這一過程被稱為DNA甲基化。DNA發(fā)生甲基化后會導致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式發(fā)生改變，從而影響基因的表達。啟動子區(qū)DAN序列甲基化后，其與RNA聚合酶的結(jié)合能力會下降，進而使其控制的下游基因轉(zhuǎn)錄下降甚至喪失。 推測：F1的表型與Avy基因的甲基化水平有關(guān)。 如何驗證？ 通過甲基化測序結(jié)果得出相應結(jié)論： Avy基因的甲基化影響小鼠的毛色。 教師繼續(xù)拋出問題：什么因素影響基因的甲基化呢？ 【資料3】在Avy/a小鼠胎兒期，由于母鼠食物中一些可誘發(fā)基因組DNA甲基化成分的作用，使LTR發(fā)生不同程度的甲基化，導致其驅(qū)動ASP基因表達能力的改變。伴隨著Avy位點中IAP的LTR序列甲基化程度的上升，毛囊細胞會重新選擇使用周期性啟動子來驅(qū)動ASP基因的轉(zhuǎn)錄，這就是Avy/a小鼠毛色表型變化的原因所在。 食物等外界條件影響著小鼠的毛色基因的表達 科學家研究小鼠毛色遺傳發(fā)現(xiàn)，甲基供體、染色木素、乙醇、輻射等會提高基因的甲基化，使小鼠毛色加深；而雙酚A，細胞體外培養(yǎng)會使基因去甲基化。 結(jié)論：DNA的甲基化與環(huán)境有關(guān) 思考：小鼠毛色基因Avy的甲基化可以遺傳嗎？ 任務二 探究Avy基因甲基化是否可以遺傳 實驗證據(jù)：♀ F1 × avyavy (純種黑毛)♂ 結(jié)論：Avy基因甲基化可以遺傳 不止DNA甲基化會引起表觀遺傳現(xiàn)象，還有很多生物學現(xiàn)象的變化也會導致表觀遺傳現(xiàn)象的發(fā)生，比如組蛋白修飾和染色質(zhì)構(gòu)象變化等。染色質(zhì)的主要組成成分是DNA和蛋白質(zhì)，也就是組蛋白。在DNA轉(zhuǎn)錄和翻譯過程中，DNA要經(jīng)過解螺旋，而這一過程和DNA緊密有序結(jié)合的組蛋白密切相關(guān)，如果組蛋白修飾發(fā)生變化，將直接影響DNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯，因此在DNA的堿基序列保持不變的前提下染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)及活性發(fā)生變化，使基因的表達與功能發(fā)生改變進而導致生物表型發(fā)生可遺傳的改變。 教師總結(jié)表觀遺傳與基因選擇性表達、細胞分化的關(guān)系 從表觀遺傳的角度解釋細胞分化現(xiàn)象：表觀遺傳修飾包括 DNA 的甲基化及組蛋白的化學修飾等多種方式，這些分子修飾雖然對堿基的排列順序沒有任何影響，但它們能決定基因是否進行表達及其表達量，并且這些表觀遺傳修飾能從親代細胞傳遞至子代細胞。這是基因選擇性表達的分子機理，也是細胞分化的實質(zhì)性原因。 表觀遺傳的應用 （教師展示資料） 目前研究發(fā)現(xiàn)很多癌細胞的DNA甲基化與正常細胞間存在差異，因此，通過檢測甲基化，篩查癌癥是現(xiàn)在研究的熱點。最新通過研究DNA甲基化進行多癌篩查。途中縱坐標表示甲基化檢測計算后的患癌危險系數(shù)，值越高，患癌可能性越大，橫坐標表示健康人群確診后確診前各年的危險系數(shù)，這項研究的獨特之處在于研究人員獲得了尚未確證的無癥狀患者的血樣，而且，在正式確診3-4年前即可檢測到患癌的風險系數(shù)，這使得我們能夠比傳統(tǒng)診斷方法更早發(fā)現(xiàn)癌癥標志物，盡管此項甲基化檢測與患癌只是相關(guān)性分析，但是為早期癌癥篩查提供了重要參考。 多種癌細胞表現(xiàn)出S3K27組蛋白高度甲基化的特性，是一種小分子有機物。中間圖顯示，體外培養(yǎng)的癌細胞中加入藥物后甲基化程度較不加藥物的組有所下降，右側(cè)圖顯示相較于對照組，使用藥物治療的動物，腫瘤體積要更小，以上實驗共同說明該藥物可能通過抑制H3.。組蛋白甲基化來治療腫瘤。以上兩個實例說明，表觀遺傳學為腫瘤的診斷和治療提供了新的思路。 小結(jié) 通過本節(jié)的學習，教師引導學生課后查閱尋找表觀遺傳的其他例子，并繼續(xù)探索表觀遺傳等生命現(xiàn)象，提升對生命的認識，讓我們一起維護身體的健康！

展開更多......

收起↑