2020-2021學(xué)年高一下學(xué)期生物人教版必修二-4.2基因表達(dá)與性狀的關(guān)系-課件

1、2020-2021學(xué)年高一下學(xué)期生物人教版必修二-42020-2021學(xué)年高一下學(xué)期生物人教版必修二-4基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳橘生淮南則為橘，生于淮北則為枳，葉徒相似，其實味不同。所以然者何，水土異也。同一株水毛茛，裸露在空氣中的葉和浸在水中的葉，表現(xiàn)出了兩種不同的形態(tài)。 ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳環(huán)境條件生物的性狀直接影響？轉(zhuǎn)錄體現(xiàn)翻譯蛋白質(zhì)基因RNA生物的性狀間接影響？如何體現(xiàn) ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)

2、系基因選擇性表達(dá)與基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳【資料一】：豌豆是圓粒還是皺粒與細(xì)胞內(nèi)的淀粉含量密切相關(guān)。淀粉含量高的豌豆在成熟時能有效保留水分而變得飽滿，淀粉含量低的豌豆由于失水而皺縮。從基因?qū)用嫔峡?，皺粒豌豆淀粉含量降低的原因是DNA上插入了一段外來的DNA序列，打亂了編碼淀粉分支酶的基因，導(dǎo)致淀粉分支酶異常，淀粉含量降低。【資料二】：人的白化癥狀是由于編碼酪氨酸的基因異常引起的，酪氨酸酶存在于正常人的皮膚、毛發(fā)等處，它能將酪氨酸轉(zhuǎn)化為黑色素，如果一個人由于基因異常而缺少酪氨酸酶，那將不能合成黑色素，從而表現(xiàn)出白化的癥狀。 ： 基因表達(dá)與性狀的

3、關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳【資料三】：囊性纖維化是北美白種人中一種常見的遺傳病，大約70%的囊性纖維化患者中編碼CFTR轉(zhuǎn)運蛋白的基因缺失了3個堿基，導(dǎo)致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使CFTR轉(zhuǎn)運氯離子的功能出現(xiàn)異常，導(dǎo)致患者支氣管中粘液增多，管腔受阻，細(xì)菌在肺部大量生長繁殖，最終使肺功能嚴(yán)重受損?！举Y料四】：鐮狀細(xì)胞貧血是一種遺傳病，正常人的紅細(xì)胞是中央微凹的圓餅狀而患者的紅細(xì)胞卻是彎曲的鐮刀狀，這樣的紅細(xì)胞易破裂，使人患溶血性貧血，嚴(yán)重時會導(dǎo)致死亡。研究發(fā)現(xiàn)患者血紅蛋

4、白基因的堿基序列發(fā)生了改變，導(dǎo)致肽鏈上氨基酸的發(fā)生了替換，血紅蛋白發(fā)生改變。 ： ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳分析資料，回答以下問題：請嘗試使用流程圖來表示：基因基因表達(dá)產(chǎn)物生物性狀，三者之間的關(guān)系。囊性纖維化和鐮狀細(xì)胞貧血的根本病因是什么？是什么原因?qū)е吕野彼崦溉狈Χ及谆?？皺粒豌豆的形成機(jī)制是什么？分析上述資料并思考：基因控制生物體的性狀有哪幾種基本方式？ ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)

5、與細(xì)胞分化表觀遺傳一、基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進(jìn)而控制生物體的性狀編碼淀粉分支酶的基因被插入DNA序列打亂淀粉分支酶異常，活性降低淀粉合成受阻，含量降低淀粉含量低的豆豌豆由于失水而皺縮酪氨酸酶的基因酪氨酸酶mRNA酪氨酸中間產(chǎn)物黑色素轉(zhuǎn)錄翻譯 ： ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳二、基因通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀CFTR基因缺失3個堿基CFTR蛋白結(jié)構(gòu)異常，運輸Cl-功能異常患者支氣管黏液增多黏液清除困難，細(xì)菌繁殖，肺部感染血紅蛋白基因堿基序列發(fā)生改變血紅蛋白蛋

6、白結(jié)構(gòu)異常紅細(xì)胞形狀變?yōu)殓牭稜?，易破裂使人患溶血性貧血，多在幼年期死?： ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳轉(zhuǎn)錄作為酶來控制代謝過程翻譯蛋白質(zhì)基因RNA性狀蛋白質(zhì)直接參與生命活動間接控制：基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進(jìn)而控制生物體的性狀；直接控制：基因通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀； ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳【資料五】20世紀(jì)初期，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)將酵母菌培養(yǎng)在

7、含有乳糖的培養(yǎng)基中，酵母菌細(xì)胞內(nèi)能夠產(chǎn)生分解乳糖的酶：-半乳糖苷酶；如果把酵母菌轉(zhuǎn)移到不含乳糖的培養(yǎng)基中，該酶就會消失。也就是說酵母菌只有在某種底物存在時才產(chǎn)生相應(yīng)的酶。當(dāng)缺乏乳糖時，編碼-半乳糖苷酶的基因消失了嗎？酵母菌產(chǎn)生-半乳糖苷酶的條件是什么？資料五說明了什么問題？酵母菌-半乳糖苷酶培養(yǎng)基添加乳糖大量合成-半乳糖苷酶培養(yǎng)基去掉乳糖培養(yǎng)基再添加乳糖停止合成-半乳糖苷酶酵母菌通過對基因表達(dá)的調(diào)控，使得細(xì)胞在特定的時間和空間產(chǎn)生相應(yīng)的蛋白質(zhì)。 ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳【資料六】

8、科學(xué)家提取了雞的輸卵管細(xì)胞、紅細(xì)胞（有細(xì)胞核）和胰島細(xì)胞，對這三種細(xì)胞中的DNA和mRNA進(jìn)行了檢測，結(jié)果如下表所示：檢測的3種細(xì)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胰島素基因mRNA輸卵管細(xì)胞紅細(xì)胞胰島細(xì)胞+ + + + + + + + - - +- - -+這3種細(xì)胞中合成的蛋白質(zhì)種類有什么差別？3種細(xì)胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰島素基因，但只檢測到了其中一種基因的mRNA證明事實說明了什么？3種細(xì)胞中有表達(dá)情況相同的基因嗎？說明：“+”表示檢測發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的分子，“-”表示檢測未發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的分子。 ： ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀

9、的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳這3種細(xì)胞中合成的蛋白質(zhì)種類有什么差別？3種基因轉(zhuǎn)錄的mRNA分別出現(xiàn)在3種細(xì)胞中，表明每種細(xì)胞只合成3種蛋白質(zhì)中的一種，因此這3種細(xì)胞中合成的蛋白質(zhì)種類不完全相同。3種細(xì)胞中有表達(dá)情況相同的基因嗎？雖然有一些特定功能的蛋白質(zhì)，只在特定的細(xì)胞中合成，但也有些蛋白質(zhì)在所有的細(xì)胞中都合成，比如ATP合成酶基因、細(xì)胞呼吸酶基因、核糖體蛋白基因等。3種細(xì)胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰島素基因，但只檢測到了其中一種基因的mRNA證明事實說明了什么？這一事實說明細(xì)胞中并不是所有的基因都表達(dá)，基

10、因的表達(dá)存在選擇性。 ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳細(xì)胞分化的本質(zhì)就是基因的選擇性表達(dá)?；蚴裁磿r候表達(dá)、在什么條件下表達(dá)、在哪些細(xì)胞中表達(dá)以及表達(dá)水平的高低，都與基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)。細(xì)胞中表達(dá)的基因管家基因奢侈基因在所有細(xì)胞中都表達(dá)的基因指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)是維持細(xì)胞基本生命活動所必須的；RNA聚合酶基因，核糖體蛋白基因等；只在某類細(xì)胞中特異性表達(dá)的基因，這類基因表達(dá)會使細(xì)胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上產(chǎn)生穩(wěn)定的差異；胰島素基因，卵清蛋白基因等； ： ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的

11、關(guān)系基因選擇性表達(dá)與Relationship between gene expression and biological characters基因表達(dá)與性狀的關(guān)系 ： 課時安排：2課時Relationship between gene expr基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳同卵雙胞胎來源于同一個受精卵，具有完全相同的DNA，從經(jīng)典遺傳學(xué)角度來說，兩者應(yīng)具有完全一樣的表情，如體貌特征，生理特征及疾病易感性等。但事實并非如此，隨著發(fā)育的進(jìn)行，同卵雙胞胎個體之間的差異會逐漸增大，那是什么原因造成的這種差異呢？美國西北大學(xué)的一項新研究顛覆了人們對基因的傳

12、統(tǒng)看法：貧窮可以嵌入基因組的大片區(qū)域，會在人類基因組中近10%的基因上留下印記。貧窮真的會遺傳？表觀遺傳 ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳【資料七】柳穿魚是一種園林花卉。如圖所示的兩株柳穿魚，除了花的形態(tài)結(jié)構(gòu)不同，其他方面基本相同。柳川魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)與Lcyc基因的表達(dá)直接相關(guān)。如圖所示的兩株柳穿魚，它們體內(nèi)的Lcyc基因的序列相同，只是植株A的Lcyc基因在開花時表達(dá)，植株B的Lcyc基因不表達(dá)。研究表明，植株B的Lcyc基因不表達(dá)的原因是它被高度甲基化（Lcyc基因有多個堿基連接甲基

13、基團(tuán)）。植株A植株B科學(xué)家將這兩個植株作為親本進(jìn)行雜交，F(xiàn)1的花與植株A的相似， F1自交的F2中，絕大部分植株的花與植株A的相似，少部分植株的花與植株B的相似。 ： ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳【資料八】某種實驗小鼠的毛色受一對等位基因Avy和a的控制，Avy為顯性基因，表現(xiàn)為黃色體毛，a為隱性基因，表現(xiàn)為黑色體毛。將純種黃色體毛的小鼠與純種黑色體毛的小鼠雜交，子一代小鼠的基因型都是Avya ，卻表現(xiàn)出不同的毛色，介于黃色和黑色之間的一系列過度類型。研究表明，在Avy基因的前端（或

14、稱“上游”）有一段特殊的堿基序列決定著該基因的表達(dá)水平，這段堿基序列具有多個可發(fā)生DNA甲基化修飾的位點。當(dāng)這些位點沒有甲基化時，Avy基因正常表達(dá)，小鼠表現(xiàn)為黃色；當(dāng)這些位點甲基化后，Avy基因的表達(dá)就受到抑制。這段堿基序列的甲基化程度越高，Avy基因的表達(dá)受到的抑制越明顯，小鼠體色體毛的顏色就越深。 ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳【討論】閱讀完上述兩則資料后，你對文中哪一個詞印象深刻？資料7中F1的花為什么與植株A的相似？在F2中，為什么有些植株的花與植株B的相似？柳穿魚花的形態(tài)結(jié)

15、構(gòu)和小鼠毛色的遺傳有什么共同點？這對你認(rèn)識基因和性狀的關(guān)系有什么啟示？請嘗試分析導(dǎo)致柳穿魚的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色改變的原因是什么？請嘗試概括表觀遺傳的概念。 ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳【討論】請嘗試分析導(dǎo)致柳穿魚的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色改變的原因是什么？柳穿魚花的形態(tài)改變，是因為基因的部分堿基被高度甲基化，小鼠毛色的改變，是因為基因的前端有一段影響基因表達(dá)的特殊的堿基序列被甲基化。發(fā)生在基因或基因前端的甲基化修飾均導(dǎo)致相關(guān)基因的表達(dá)受到抑制，進(jìn)而影響性狀。F1的花為什么與植株A的相似？在

16、F2中為什么有些植株的花與植株B的相似？F1植株同時擁有來自植株A和植株B的Lcyc基因。植株A的Lcyc基因能夠表達(dá)，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(dá)受到抑制，表現(xiàn)為隱性。因此F1的花與植株A的相似。 F1自交后F2中有少部分植株含有兩個來自植株B的Lcyc基因，同樣因部分堿基被甲基化而導(dǎo)致基因表達(dá)受到抑制，這部分植株的花與植株B的相似。 ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳【討論】柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳有什么共同點？這對你認(rèn)識基因和性狀的關(guān)系有什

17、么啟示？請嘗試概括表觀遺傳的概念。柳穿魚的Lcyc基因和小鼠的Avy基因的堿基序列均沒有變化，但部分堿基發(fā)生了甲基化修飾，抑制了基因的表達(dá)，進(jìn)而對表型產(chǎn)生影響。這種DNA甲基化修飾可以遺傳給后代，使后代出現(xiàn)同樣的表型?；虻膲A基序列保持不變，性狀發(fā)生改變，這表明基因與性狀的關(guān)系并不是簡單的一一對應(yīng)的關(guān)系，基因的表達(dá)受到很多因素的影響，體現(xiàn)了基因與性狀之間關(guān)系的復(fù)雜性。 ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與 ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳【表觀遺傳】：生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達(dá)和表型發(fā)生可遺傳變化的現(xiàn)象，

18、叫做表觀遺傳。CCGG5533CCGG5533CH3CH3 甲基化 DNA甲基化示意圖 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；這種表型改變有多種機(jī)制，除了DNA甲基化外，構(gòu)成染色體的組蛋白發(fā)生甲基化，乙酰化等修飾也會影響基因的表達(dá)。這種調(diào)控方式，往往通過有絲分裂延續(xù)，若發(fā)生在生殖細(xì)胞中則會影響下一代的性狀。 ： ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳有研究表明：吸煙會使人的體細(xì)胞內(nèi)DNA的甲基化水平升高，對染色體上的組蛋白也會產(chǎn)生影響。不僅如此，還有研究發(fā)現(xiàn)男性吸煙者的精子

19、活力下降，精子中DNA的甲基化水平明顯升高，請查閱相關(guān)資料，結(jié)合表觀遺傳、煙草煙霧中含有的化學(xué)物質(zhì)及其危害等知識，向親友和周圍人群深入宣傳戒煙的道理。【總結(jié)】基因通過其表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)來控制性狀。細(xì)胞內(nèi)的基因表達(dá)與否以及表達(dá)水平的高低都是受到調(diào)控的。細(xì)胞分化的實質(zhì)是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果，表觀遺傳能夠使生物體在基因的堿基序列不變的情況下，發(fā)生可遺傳的性狀改變。 ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳在大多數(shù)情況下，基因與性狀的關(guān)系并不是簡單的一一對應(yīng)的關(guān)系。例如：人的身高是由多個基因決定的，其中每

20、個基因?qū)ι砀叨加幸欢ǖ淖饔谩６嘁蛞恍В阂粋€性狀可以受到多個基因的影響。一因多效：一個基因可以影響多個性狀。例如：研究發(fā)現(xiàn)水稻中的Ghd7基因編碼的蛋白質(zhì)不僅參與了開花的調(diào)控，而且對水稻的生長、發(fā)育和產(chǎn)量都有重要的作用?；蛲ㄟ^改變遺傳物質(zhì)如基因突變，染色體變異等，使性狀發(fā)生改變。通過表觀遺傳，導(dǎo)致產(chǎn)生性狀差異。環(huán)境【綜上所述】基因與基因、基因與基因表達(dá)產(chǎn)物、基因與環(huán)境之間存在著復(fù)雜的相互作用，這種相互作用形成了一個錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，精細(xì)的調(diào)控者生物體的性狀。 ： ： 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與基因表達(dá)與性狀的關(guān)系基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化表觀遺傳【思維訓(xùn)練提出假說】：遺傳學(xué)家曾做過這樣的實驗，果蠅幼蟲正常的培養(yǎng)溫度為25，將剛