基因表達(dá)與性狀的關(guān)系 【高效備課精研+知識(shí)精講提升】 高一生物 （人教版2019必修2）

第2節(jié)基因表達(dá)與性狀的關(guān)系第四章基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系01基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化0203表觀遺傳同一株水毛茛，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)。浮在水面上的葉子是寬闊的五邊形或者手掌形，而沉在水中的葉子則變成了細(xì)細(xì)的絲狀葉。1.這兩種形態(tài)的葉，其細(xì)胞的基因組成一樣嗎？2.兩種葉形的差異，可能是由什么因素引起的？這兩種形態(tài)的葉，其細(xì)胞的基因組成是一樣的。這兩種葉形的差異，可能是由葉片所處的環(huán)境因素引起的?；虮磉_(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系資料一：與圓粒豌豆不同的是，皺粒豌豆的DNA中插入了一段外來DNA序列，打亂了編碼淀粉分支酶的基因，導(dǎo)致淀粉分支酶出現(xiàn)異常，活性大大降低，進(jìn)而使細(xì)胞內(nèi)淀粉含量降低。淀粉在細(xì)胞中具有保留水分的作用。當(dāng)豌豆成熟時(shí)，淀粉含量高的豌豆能有效的保留水分，十分飽滿；淀粉含量低的豌豆由于失水而皺縮。外來DNA插入圓粒豌豆的淀粉分支酶基因被打亂的淀粉分支酶基因一、基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系淀粉分支酶基因被打亂的淀粉分支酶基因外來DNA插入淀粉分支酶蔗糖合成淀粉淀粉含量升高圓粒豌豆保水皺粒豌豆失水淀粉合成受阻蔗糖含量升高淀粉分支酶異常，活性下降資料二：人類白化病

白化病患者體內(nèi)缺乏黑色素，全身皮膚呈乳白或粉紅色，毛發(fā)為白或淡黃色（圖1)。由于缺乏黑色素的保護(hù)，患者皮膚對光線高度敏感，日曬后易發(fā)生曬斑和各種光感性皮炎，并可發(fā)生基底細(xì)胞癌或鱗狀細(xì)胞癌。白化病的患病原因是患者體內(nèi)的酪氨酸酶缺乏或功能減退，使得黑色素不能正常合成。圖1白化病患者基因AmRNA酪氨酸酶酪氨酸中間產(chǎn)物黑色素轉(zhuǎn)錄翻譯圖2合成黑色素的代謝途徑控制酪氨酸酶的基因異常酪氨酸酶不能正常合成酪氨酸不能正常轉(zhuǎn)化為黑色素缺乏黑色素，表現(xiàn)白化病基因控制酶的合成代謝過程控制生物性狀控制

基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進(jìn)而間接控制生物體的性狀。資料三：囊性纖維化的形成機(jī)制囊性纖維化是北美白種人常見的一種遺傳病，每1800個(gè)人中就有一個(gè)患者，每25個(gè)人中就有一個(gè)致病基因攜帶者。該病的病因是基因的堿基序列缺失了3個(gè)堿基，使得所編碼的氯離子載體蛋白中少了一個(gè)氨基酸，導(dǎo)致細(xì)胞對氯離子的轉(zhuǎn)運(yùn)發(fā)生異常，造成黏液分泌過多，堵塞呼吸道，誘發(fā)感染。正常氣管囊性纖維化氣管CFTR（蛋白）基因缺失了3個(gè)堿基CFTR蛋白結(jié)構(gòu)異常，導(dǎo)致轉(zhuǎn)運(yùn)功能異常氯離子濃度異常，患者支氣管內(nèi)黏液增多黏液清除困難，細(xì)菌繁殖，肺部感染實(shí)例四：鐮刀型貧血癥的發(fā)病原因正常人的紅細(xì)胞是中央微凹的圓餅狀，而鐮狀細(xì)胞貧血患者的紅細(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，這種病的病因是相關(guān)基因的堿基序列發(fā)生改變，導(dǎo)致血紅蛋白的一個(gè)谷氨酸被替換成纈氨酸，使血紅蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。編碼血紅蛋白的基因中一個(gè)堿基對變化血紅蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化紅細(xì)胞成鐮刀型，運(yùn)輸O2能力降低容易破裂，患溶血性貧血基因

基因還能通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)來直接控制生物體的性狀。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)控制生物性狀控制歸納小結(jié)2.基因還能通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)來直接控制生物體的性狀。1.基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進(jìn)而間接控制生物體的性狀；基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化細(xì)胞分化的本質(zhì)——基因的選擇性表達(dá)同一生物體的不同類型細(xì)胞中，基因都是相同的，而形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能卻各不相同，這是為什么呢二、基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化檢測的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mRNA輸卵管細(xì)胞紅細(xì)胞胰島細(xì)胞分析不同類型細(xì)胞中DNA和mRNA的檢測結(jié)果++

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++－++－－－－－1.這3種細(xì)胞中合成的蛋白質(zhì)種類有什么差別？123種細(xì)胞中合成的蛋白質(zhì)都是該細(xì)胞中的特異性蛋白質(zhì)。2.3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，

但只檢測到其中一種基因的mRNA，這一事實(shí)說明了什么？在特定的細(xì)胞中，基因的表達(dá)選擇性，進(jìn)而產(chǎn)生特異性的表達(dá)產(chǎn)物。細(xì)胞分化的本質(zhì)就是基因的___________選擇性表達(dá)表觀遺傳資料1：柳穿魚的花植株A植株BLcyc基因正常植株A開花時(shí)表達(dá)Lcyc基因高度甲基化植株B開花時(shí)不表達(dá)×（雜交）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相似資料2：實(shí)驗(yàn)小鼠的毛色

某種實(shí)驗(yàn)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渡類型。研究表明，Avy基因的表達(dá)受甲基化的抑制，甲基化程度越高，Avy基因的表達(dá)受到的抑制就越明顯，小鼠體毛的顏色就越深。1.上述資料中，柳穿魚和小鼠性狀改變的原因是什么？123基因的表達(dá)受到抑制2.資料1中，F(xiàn)1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？F1的堿基序列并沒有變化，但DNA的甲基化修飾可以遺傳給后代3.資料1和資料2展示的遺傳現(xiàn)象有什么共同點(diǎn)？這對你認(rèn)識(shí)基因和性狀的關(guān)系有什么啟示？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，叫作_________。表觀遺傳說明什么問題？生物的性狀除了受___________決定外，___________也對生物的性狀有一定的影響。

雄蛙和雌蛙的性染色體分別是XY和XX。如果讓它們的蝌蚪在20℃溫度下發(fā)育時(shí)，雌雄比例大約為1：1。如果讓這些蝌蚪在30℃溫度下發(fā)育時(shí)，不管它們的性染色體組成怎樣，將全部發(fā)育成雄蛙。遺傳物質(zhì)環(huán)境條件

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(shí)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。材料3：基因甲基化決定了蜜蜂發(fā)育成工蜂還是蜂王，二者在DNA序列方面是完全一致的，為什么發(fā)育結(jié)果不同呢？從外在看因?yàn)榉渫跤紫x吃的是蜂王漿，住的是大蜂巢，從內(nèi)在看，蜂王漿、大蜂巢等減少了基因甲基化，使幼蟲得以發(fā)育成蜂王，而工蜂幼蟲的甲基化太高只能發(fā)育成工蜂，體型、生殖能力都有差別。蜂王工蜂資料3：蜜蜂的性別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，叫做表觀遺傳。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(gè)生命活動(dòng)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?；刃揎?、非編碼RNA調(diào)控、基因組印記也會(huì)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(huì)影響下一代的性狀。與社會(huì)的聯(lián)系

有研究表明：吸煙會(huì)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(huì)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(shí)，向親友和周圍人群深入宣傳戒煙的道理?；蛲ㄟ^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(shí)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2……基因400身高Ghd7開花生長發(fā)育產(chǎn)量多個(gè)基因決定一個(gè)性狀一個(gè)基因決定多個(gè)性狀基因與性狀不一定是一一對應(yīng)的關(guān)系基因與性狀的關(guān)系殘翅果蠅翅長接近正常的果蠅長翅果蠅幼蟲25℃培養(yǎng)31℃培養(yǎng)殘翅果蠅在25℃培養(yǎng)下，產(chǎn)生的后代仍然是長翅。環(huán)境對性狀也有重要的影響。請針對高溫培養(yǎng)殘翅果蠅幼蟲得到翅長接近正常果蠅成蟲的原因提出假說，進(jìn)行解釋。提示：翅的發(fā)育是否經(jīng)過酶催化的反應(yīng)？酶與基因的關(guān)系是怎樣的？酶與溫度的關(guān)系是怎樣？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(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，精細(xì)地調(diào)控著生物體的的性狀。一、概念檢測1．個(gè)體的性狀和細(xì)胞的分化都取決于基因的表達(dá)及其調(diào)控。判斷下列相關(guān)表述是否正確。（1）基因與性狀之間是一一對應(yīng)的關(guān)系。（

）（2）細(xì)胞分化產(chǎn)生不同類型的細(xì)胞，是因?yàn)椴煌愋偷募?xì)胞內(nèi)基因的表達(dá)存在差異。（

）X√2.我國科學(xué)家將含有人凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，由該受精卵發(fā)育而成的羊，分泌的乳汁中含有人的凝血因子，可治療血友病。下列敘述錯(cuò)誤的是（

）

A.該項(xiàng)研究說明人和羊共用一套遺傳密碼子

B.該羊的乳腺細(xì)胞中含有人的凝血因子基因

C.該羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子基因

D.該羊的后代也可能含有人的凝血因子基因C

二、拓展應(yīng)用1.

有人說，“基因是導(dǎo)演，蛋白質(zhì)是演員，性狀是演員的表演作品?！蹦阏J(rèn)為這種說法有道理嗎？為什么？請你整理總結(jié)基因、蛋白質(zhì)和性狀三者之間的關(guān)系。有道理；基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，蘊(yùn)含著遺傳信息，可類比成組織者（導(dǎo)演），負(fù)責(zé)整部作品的呈現(xiàn)；蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者，具體參與細(xì)胞的各項(xiàng)生命活動(dòng)，可類比成執(zhí)行者（演員）；而性狀則是生物體表現(xiàn)出來的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理和行為等特征的總和，主要是由蛋白質(zhì)參與完成的，可類比成呈現(xiàn)方式（作品）。當(dāng)然，打比方總會(huì)有比得不合理之處，因此，只能說有一定的道理。三者之間的關(guān)系是：基因通過控制蛋白質(zhì)的合成控制生物體的性狀。

二、拓展應(yīng)用（2）你怎樣看待科學(xué)實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性？科學(xué)實(shí)驗(yàn)必須是可重復(fù)的，只有這樣才能說明實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果是一種必然規(guī)律，而不是偶然發(fā)生的。科學(xué)實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性包括兩方面：①實(shí)驗(yàn)樣本量足夠大，在相同實(shí)驗(yàn)條件下要有足夠的重復(fù)觀察次數(shù)；②任何實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性應(yīng)經(jīng)得起獨(dú)立重復(fù)實(shí)驗(yàn)的考驗(yàn)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)是檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠性的唯一方法。由于生物多樣性的存在，不同生物的背景條件隱蔽且不一致（如山柳菊以無性生殖為主），導(dǎo)致生命世界的很多現(xiàn)象具有獨(dú)特性，不能用統(tǒng)一的定律解釋。因此，生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性是有一定前提和條件限制的。

二、拓展應(yīng)用3.某種貓的雄性個(gè)體有兩種毛色：黃色和黑色；而雌性個(gè)體有三種毛色：黃色、黑色、黑黃相間。分析這種貓的基因，發(fā)現(xiàn)控制毛色的基因是位于X染色體上的一對等位基因：XO（黃色）和XB（黑色），雄貓只有一條X染色體，因此，毛色不是黃色就是黑色。而雌貓卻出現(xiàn)了黑黃相間的類型，這是為什么呢？是不是雌貓的有些細(xì)胞內(nèi)X0表達(dá)，而另一些細(xì)胞內(nèi)XB表達(dá)呢？請查找資料，尋找答案。資料顯示：哺乳動(dòng)物雌雄個(gè)體的體細(xì)胞中雖然X染色體數(shù)量不同，但X染色體上的基因所表達(dá)的蛋白質(zhì)的量是平衡的，這個(gè)過程稱為劑量補(bǔ)償。雌貓比雄貓多出1條X染色體，由于劑量補(bǔ)償效應(yīng)，在胚胎初期，細(xì)胞中的1條X染色體就會(huì)隨機(jī)發(fā)生固縮失活，形成巴氏小體，而且發(fā)生染色體失活的細(xì)胞通過有絲分裂產(chǎn)生的子細(xì)胞也保留相同的染色體失活狀態(tài)。

二、拓展應(yīng)用3.某種貓的雄性個(gè)體有兩種毛色：黃色和黑色；而雌性個(gè)體有三種毛色：黃色、黑色、黑黃相間。分析這種貓的基因，發(fā)現(xiàn)控制毛色的基因是位于X染色體上的一對等位基