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第3節(jié) 遺傳信息控制生物的性狀
第3課時
闡述表觀遺傳及其作用機制，認知遺傳信息傳遞的規(guī)律，滲透結構與功能觀，培養(yǎng)生命觀念和科學思維。
01
02
描述基因選擇性表達與細胞分化的關系。
細胞分裂
細胞分化
細胞分裂使細胞數目增多，
細胞分化使細胞種類增加。
雖然每個人都來自一個受精卵,但受精卵通過分裂和分化形成了約200種不同類型的細胞,如血細胞、肌細胞、神經細胞,每種類型細胞中的DNA序列都是相同的,那么,為什么基因組內的遺傳信息會在特定發(fā)育階段、特定組織部位、特定細胞類型上有不同的表達呢
基因的表達是有選擇性的。
在個體發(fā)育過程中，一個或一群細胞在形態(tài)，結構和功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程。
細胞分化
一、細胞分化的本質是基因選擇性表達
科學家提取了雞的輸卵管細胞、紅細胞(有細胞核)和胰島B細胞，對這3種細胞中的DNA和mRNA進行了檢測，結果如下表所示。回答有關問題：
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B細胞 ＋＋＋ － － ＋
說明：“＋”表示檢測發(fā)現(xiàn)相應的分子，“－”表示檢測未發(fā)現(xiàn)相應的分子。
(1)雞的輸卵管細胞、紅細胞和胰島B細胞都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰島素基因的原因是三種細胞都是由____________________________形成的。
(2)雞的輸卵管細胞、紅細胞和胰島B細胞中都只檢測到一種mRNA的原因是________________。
(3)雞的輸卵管細胞、紅細胞和胰島B細胞中含有的mRNA和蛋白質____________ (填“相同”“不同”或“不完全相同”)。
受精卵經有絲分裂和細胞分化
基因選擇性表達
不完全相同
1.管家基因和奢侈基因
①管家基因：指所有細胞中都表達的一類基因，這類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，如核糖體蛋白基因、ATP合成酶基因，DNA聚合酶基因，RNA聚合酶基因，呼吸酶基因等。
②奢侈基因：只在某類細胞中特異性表達的基因。如胰島素基因，珠蛋白基因等。
一、細胞分化的本質是基因選擇性表達
2.細胞分化（實質：基因選擇性表達）
(1)細胞形態(tài)的改變：如肌細胞的梭形、哺乳動物成熟紅細胞的圓餅狀、神經細胞的突起狀等。
(2)細胞結構的變化：細胞器的種類和數量發(fā)生變化。
(3)細胞功能的特化：執(zhí)行特定的功能，如運動功能、反射功能、免疫功能等。
(4)特殊分子的合成：如合成唾液淀粉酶、抗體、胰島素、血紅蛋白和肌動蛋白等。
3.基因選擇性表達的結果
DNA甲基化
組蛋白修飾
組蛋白
DNA
甲基化位點
組蛋白修飾:是指組蛋白在相關酶作用下發(fā)生甲基化、乙酰化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等修飾的過程。
1.表觀遺傳：指生物體基因的堿基序列保持不變，而表型發(fā)生可遺傳變化的現(xiàn)象。
這種修飾能改變染色質狀態(tài)及其開放程度，進而調控基因的表達。
主要是發(fā)生在基因組DNA上某些區(qū)域的胞嘧啶上，它的第5位碳原子和甲基之間通過共價鍵結合，被修飾為5-甲基胞嘧啶。
二、表觀遺傳及其作用機制
Lcyc基因
植株A
Lcyc基因
表達
Lcyc基因
植株B
Lcyc基因
不表達
甲基化
柳穿魚花形態(tài)改變，是因為基因的部分堿基被高度甲基化
案例：柳穿魚花的形態(tài)結構的遺傳
Lcyc基因
植株A
Lcyc基因
表達
Lcyc基因
植株B
Lcyc基因
不表達
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(xiàn)為顯性；
植株B的Lcyc基因由于部分堿基被甲基化,基因表達受到抑制，表現(xiàn)為隱性；
甲基化
Lcyc基因
正常
植株A
開花時表達
Lcyc基因
高度 甲基化
植株B
開花時不表達
×
F1
（自交）
F2
絕大部分植株的花與植株A相似
少部分植株的花與植株B相似
Lcyc基因
Lcyc基因
Lcyc基因
Lcyc基因
甲基化的Lcyc的基因可遺傳，并控制生物的性狀
①基因組成相同的同卵雙胞胎所具有的微小差異就與表觀遺傳有關。
不變性
可遺傳
普遍性
表觀遺傳現(xiàn)象普遍存在于生物體的生長、發(fā)育和衰老的整個生命活動過程中。
②一個蜂群中，蜂王和工蜂都是由受精卵發(fā)育而來的，但它們在形態(tài)、結構、生理和行為等方面截然不同，表觀遺傳也在其中發(fā)揮了重要作用。
2.表觀遺傳的特點
基因的堿基序列不變
基因表達和表型發(fā)生可遺傳變化
持續(xù)吃蜂王漿
只吃三天蜂王漿
蜂王
工蜂
甲基化程度低
甲基化程度高
可逆性
在身體形成精子和卵子的時候，DNA上的甲基化和組蛋白上的乙酰基化要被清除，重新設定，以適應生殖細胞的功能。
同樣，受精卵在發(fā)育成胎兒時， DNA上的甲基化和組蛋白上的乙酰基化也要被清除，以適應胎兒發(fā)育的需要。
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(fā)現(xiàn)，男性吸煙者的精子活力下降，精子中DNA的甲基化水平明顯高。
吸煙有害健康
1.脊椎動物的一些基因活性與其周圍特定胞嘧啶的甲基化有關，甲基化使基因失活，相應的非甲基化能活化基因的表達，以下推測正確的是(　　)
A.肝細胞和胰島B細胞的呼吸酶基因均處于甲基化狀態(tài)
B.肝細胞和胰島B細胞的胰島素基因均處于非甲基化狀態(tài)
C.肝細胞的呼吸酶基因和胰島素基因均處于非甲基化狀態(tài)
D.胰島B細胞的呼吸酶基因和胰島素基因均處于非甲基化狀態(tài)
D
2.柳穿魚植株A和植株B花的形態(tài)結構不同，其他方面基本相同。下列敘述不正確的是(　　)
A.兩株柳穿魚體內的Lcyc基因的序列相同
B.柳穿魚的葉肉細胞內不存在Lcyc基因
C.植株B的Lcyc基因不表達的原因是它被高度甲基化了
D.兩植株雜交，F(xiàn)2中有少部分的花與植株B相似
B
3.黃色小鼠(AA)與黑色小鼠(aa)雜交，產生的F1(Aa)不同個體出現(xiàn)了不同體色。研究表明，不同體色的小鼠A基因的堿基序列相同，但A基因上二核苷酸胞嘧啶(CpG)有不同程度的甲基化(如圖)現(xiàn)象出現(xiàn)，甲基化不影響基因DNA復制。有關分析錯誤的是(　　 )
A.F1個體體色的差異與A基因甲基化程度有關
B.甲基化可能影響RNA聚合酶與該基因的結合
C.堿基甲基化不影響堿基互補配對過程
D.甲基化是引起基因結構改變的常見方式
D
表觀遺傳及其作用機制
細胞分化的本質是基因選擇性表達的結果
組蛋白
DNA
甲基化位點

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