資源簡介

(共22張PPT)
第三章 基因的本質
第4節 基因通常是有遺傳效應的DNA片段
生物科技進展 單細胞基因組測序
人類遺傳病致病基因的堿基序列與正常基因的存在差別，有時一個堿基的差別就會導致遺傳病的發生。因此，基因測序能夠在遺傳病防治中發揮重要作用。
2014年11月，一個經單細胞基因組測序進行遺傳病篩查的試管嬰兒在北京大學第三醫院出生。這個健康嬰兒的母親患有常染色體單基因顯性遺傳病，在自然生育條件下，她的孩子的患病概率是50%。怎樣避免她的孩子患這種遺傳病呢 初級卵母細胞經過減數分裂會形成卵細胞和極體，如果知道極體的基因組序列，就可以推測出這個卵細胞的基因組序列。選擇不含致病基因的卵細胞，再利用試管嬰兒技術，就可以獲得健康的嬰兒。
生物科技進展 單細胞基因組測序
分離單個細胞，在技術上已不是難題，難點是怎樣獲知一個細胞內的基因組序列。傳統的基因測序往往通過提取大量細胞中的DNA來進行。為了獲得足夠的DNA進行測序，通常需要數以千計甚至百萬計的細胞作為樣品。然而，一個細胞內的基因組DNA只有兩個拷貝，是皮克(pg,Ipg=10-12g)級的痕量水平，遠遠低于測序對樣品濃度的要求。
北京大學的科研人員應用一種單細胞基因組擴增技術，成功地在體外對分離得到的極體進行了基因組擴增，并完成了測序，從而推測出與被測極體同時產生的卵細胞不含致病基因，最終通過試管嬰兒技術幫助遺傳病患者夫婦獲得了健康嬰兒。
單細胞基因組測序有著廣泛的應用前景。例如，了解癌細胞的基因突變以及在腫瘤發生過程中的變化，分析不同細胞內“定居”著哪些基因等。
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本節主題
說明基因與DNA關系的實例
DNA片段中的遺傳信息
基因與脫氧核苷酸、DNA、染色體之間的關系
問題探討
我國科學家將外源生長激素基因導入鯉魚受精卵，培育出轉基因鯉魚，與對照組相比，生長速度加快。
科學家介紹，外源基因導入受體細胞后，必須整合到受體細胞的DNA上才能發揮作用。
1.為什么轉基因鯉魚生長更快？
2.導入的外源基因是一個DNA分子，還是DNA片段？
轉基因魚（左）
外源生長激素基因在鯉魚細胞內表達，促進生長激素合成，促進了鯉魚的生長。
一、說明基因與DNA關系的實例
DNA分子數目＜基因數目,
DNA分子的堿基總數 ＞ 基因的堿基總數
基因A
基因B
基因C
含有3個基因的DNA片段的模式圖
實例1：
大腸桿菌細胞的擬核有1個DNA分子，長度約為4.7×106個堿基對，在DNA分子上分布著大約4.4×103個基因，每個基因的平均長度約為1×103個堿基對。
個數 總堿基對數
DNA
基因
1個
470萬
4400個
440萬
結論: 基因是DNA的片段，DNA 中存在非基因片段。
一、說明基因與DNA關系的實例
實例2：
太平洋西北部一種水母能發出綠色熒光，其DNA上有一段長度為5.17×103個堿基對片段——綠色熒光蛋白基因。實驗表明，轉入水母綠色熒光蛋白基因的轉基因鼠，在紫外線的照射下也能像水母一樣發光。
實驗說明：
基因是具有遺傳效應的特定DNA片段，可切除，可拼接到其他生物的DNA上去，從而獲得某種性狀的表達，是遺傳物質的結構單位。
一、說明基因與DNA關系的實例
實例3：
人類基因組計劃測定的是24條染色體（22條染色體+X+Y）上的DNA的堿基序列。其中，每條染色體上有一個DNA分子。這24個DNA分子大約有31.6億個堿基對，其中，構成基因的堿基數占堿基總數的比例不超過2%。
同樣說明基因是DNA片段，基因不是連續分布在DNA上的，而是由大量非基因的堿基序列將其分隔開。
一、說明基因與DNA關系的實例
綜合以上實例，請從DNA水平上給基因下一個定義，
要求既能反映基因與DNA的關系，又能體現基因的作用。
基因通常是有遺傳效應的DNA片段
但一段DNA片段不一定是基因
--ATGCATGCATCCATGCTAGCCATCCCTAAGGACAG---
--TACGTACGTAGGTACGATCGGTAGGGATTCCTGTC---
基因1
基因2
非基因片段
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說明基因與DNA關系的實例
DNA片段中的遺傳信息
基因與脫氧核苷酸、DNA、染色體之間的關系
3.4基因通常是有遺傳效應的DNA片段
二、DNA片段中的遺傳信息
為什么DNA的4種脫氧核苷酸，能夠儲存大量的遺傳信息？
4種堿基的排列順序 —— 可變
基本骨架：
脫氧核糖和磷酸交替排列 —— 無變化
（脫氧核苷酸序列）
4種堿基的排列順序蘊藏著遺傳信息
分析脫氧核苷酸序列與遺傳信息的多樣性。
資料4：
如果1個堿基對組成1個基因，4種堿基對的排列可能形成4種基因；如果2個堿基對組成1個基因，則可能形成16（即4×4）種基因；如果3個堿基對組成1個基因，則可能形成64（即4×4×4）種基因。
二、DNA片段中的遺傳信息
基 因 排列種數
1個堿基對組成 41
2個堿基對組成
4×4（42）
...
N個堿基對組成
4N
3個堿基對組成
4×4×4（43）
...
二、DNA片段中的遺傳信息
問題1：
若長度為100個堿基對的脫氧核苷酸序列組成一個基因，那么100個堿基對可以排列成多少種基因？
可能的基因種類=4100
堿基排列順序的千變萬化，構成了DNA的多樣性。
問題1：
若長度為100個堿基對的脫氧核苷酸序列組成一個基因，那么100個堿基對可以排列成多少種基因？
不是；特定的基因有特定的堿基排列順序，
說明DNA分子具有特異性。
二、DNA片段中的遺傳信息
問題3：
怎樣理解DNA的多樣性和特異性？你能從DNA的結構特點分析生物體具有多樣性和特異性的原因嗎？
☆-☆-○-◎-◇-▲-△-●-□-◎-○-★-■-◇-★-◆-◆-□ - ◇-★-◇-◇
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堿基特定的排列順序，
構成了DNA的特異性。
堿基排列順序的千變萬化，
構成了DNA的多樣性。
DNA的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質基礎。
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說明基因與DNA關系的實例
DNA片段中的遺傳信息
基因與脫氧核苷酸、DNA、染色體之間的關系
3.4基因通常是有遺傳效應的DNA片段
染色體
基因
脫氧核苷酸
DNA
三、基因與脫氧核苷酸、DNA、染色體之間的關系
基因通常是具有遺傳效應的DNA片段
若遺傳物質是RNA，則基因就是具有遺傳效應的RNA片段
基因中的脫氧核苷酸排列順序代表遺傳信息
DNA是主要的遺傳物質
染色體是DNA的主要載體
由DNA和蛋白質組成，基因在染色體上呈線性排列
下列有關遺傳物質的說法，正確的有
①基因均位于染色體上；
②DNA和基因是同一概念；
③DNA是染色體的主要成分；
④基因中4種堿基的排列順序就代表了遺傳信息；
⑤每條染色體上總是只含一個DNA分子；
⑥DNA是遺傳物質，遺傳物質是DNA；
⑦等位基因位于一對姐妹染色單體的相同位置上；
⑧DNA 指紋技術的原理是DNA的多樣性
A．一項 B．兩項 C．三項 D．四項
B
牛刀小試
小結
脫氧核苷酸、基因、DNA和染色體的關系
基因在染色體上呈線性排列
基本單位
特定脫氧核苷酸排列順序代表遺傳信息
每個基因含許多個脫氧核苷酸
具有遺傳效應的DNA片段
每個DNA分子中含許多個基因
每條染色體上含有1個或2個DNA分子
主要載體
脫氧
核苷酸
(4種)
基因
DNA
染色體
練習與應用
科學研究發現，未經人工轉基因操作的番薯都含有農桿菌的部分基因，而這些基因的遺傳效應促使番薯根部發生膨大產生了可食用的部分，因此番薯被人類選育并種植。下列相關敘述錯誤的是 （ ）
A. 農桿菌這些特定的基因可以在番薯細胞內復制
B. 農桿菌和番薯的基因都是4種堿基對的隨機排列
C. 農桿菌和番薯的基因都是有遺傳效應的DNA片段
D. 農桿菌這些特定的基因可能在自然條件下轉入了番薯細胞
B
練習與應用
2. 整理總結染色體、DNA和基因三者之間的關系，并以你認為最
簡明的形式表示出來。
練習與應用
在嚴查偷獵野生動物的行動中，執法部門發現某餐館出售的一種烤肉比較可疑，餐館工作人員說是“山羊肉”，經實驗室檢驗，執法部門確定這種“山羊肉”來自國家二級保護動物斑羚。你認為執法部門最可能采取哪種檢測方法？為什么？
最可能采取DNA鑒定的方法。因為每種生物的DNA具有特異性，只有將“山羊”的DNA與斑羚的DNA進行比對，才能確定這種“山羊肉”是否來自國家二級保護動物斑羚。
練習與應用
我國一些城市在交通路口啟用了人臉識別技術，針對行人和非機動車闖紅燈等違規行為進行抓拍。這種技術應用的前提是每個人都具有獨一無二的面孔。為什么人群中沒有一模一樣的兩個人呢？請你從生物學的角度評述人臉識別技術的可行性。
人臉識別技術的前提是每個人都有獨特的面部特征，而這些都是由基因決定的，這說明了基因的多樣性。

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