2023新教材高中生物第三章遺傳的分子基礎第五節(jié)生物體存在表觀遺傳現(xiàn)象學案浙科版必修2

第五節(jié)生物體存在表觀遺傳現(xiàn)象[學習目標]1.表觀遺傳的實例，使學生明確其與經(jīng)典遺傳學的區(qū)別。2.表觀遺傳形成的原因如何傳遞給子代。知識點一基因序列不變，表型可能改變1．表觀遺傳現(xiàn)象概念：親代傳遞給后代的DNA序列eq\o(□,\s\up3(01))沒有改變，親代在生活中由于生活環(huán)境或生活習慣的eq\o(□,\s\up3(02))改變而引起的身體狀況變化，也會通過某種途徑遺傳給下一代，即父母的生活經(jīng)歷可以通過eq\o(□,\s\up3(03))DNA序列以外的方式遺傳給后代。2．遺傳學與表觀遺傳學的區(qū)別表觀遺傳學是與遺傳學相對應的概念。①遺傳學是指基于eq\o(□,\s\up3(04))基因序列改變所致基因表達水平的變化，如基因突變等。②表觀遺傳學則是指基于eq\o(□,\s\up3(05))非基因序列改變所致基因表達水平的變化，即eq\o(□,\s\up3(06))環(huán)境變化引起的性狀改變，影響eq\o(□,\s\up3(07))基因表達，但eq\o(□,\s\up3(08))不改變DNA序列。表觀遺傳現(xiàn)象是基因序列的改變引起的嗎？提示：表觀遺傳現(xiàn)象不是基因序列的改變引起的。[例1]表觀遺傳學三個層面的含義不包括()A．可遺傳性，可在細胞或個體世代間遺傳B．基因表達的可塑性C．無DNA序列的變化D．可遺傳性，可在細胞世代間遺傳但不可在個體世代間遺傳解題分析表觀遺傳學既可在細胞世代間也可在個體世代間遺傳。答案D[例2]柳穿魚是一種園林花卉，其花的形態(tài)結(jié)構(gòu)與Lcyc基因的表達直接相關。A、B兩株柳穿魚體內(nèi)Lcyc基因的堿基序列完全相同，只是植株A的Lcyc基因在開花時表達，植株B的Lcyc基因被高度甲基化(Lcyc基因有多個堿基連接了甲基)，開花時不能表達，從而導致A、B植株的花明顯不同。將A、B植株作親本進行雜交，F(xiàn)1的花與植株A相同，F(xiàn)1自交的F2中絕大部分植株的花與植株A相同，少部分植株的花與植株B相同，科學家將這種特殊的遺傳方式稱作表觀遺傳。據(jù)此判斷，下列有關說法錯誤的是()A．上述柳穿魚的雜交情況說明植株B的Lcyc基因發(fā)生了隱性突變B．細胞中基因表達與否以及表達水平的高低會導致生物的性狀發(fā)生差異C．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D．基因組成完全相同的同卵雙胞胎具有的微小差異可能與表觀遺傳有關解題分析因為A、B兩株柳穿魚體內(nèi)Lcyc基因的堿基序列完全相同，只存在能否表達的差異，說明沒有發(fā)生基因突變，A錯誤；從A、B植株作親本進行雜交的F1和F2情況分析，植株B的Lcyc基因堿基與植株A相同，僅因被高度甲基化后不能表達，基因不表達會使其花的性狀與植株A的性狀出現(xiàn)明顯差異，B正確；A、B植株的差異在F2中重新出現(xiàn)，說明細胞中基因表達與否以及表達水平的高低會導致生物的性狀發(fā)生改變并遺傳下去，屬于可遺傳變異，C正確；表觀遺傳即為堿基序列相同的情況下，性狀表現(xiàn)出現(xiàn)差異的現(xiàn)象，推測基因組成相同的同卵雙胞胎具有微小差異與表現(xiàn)遺傳有一定關系，D正確。答案A知識點二改變了的表型有些可以遺傳1．表觀遺傳的機制：DNAeq\o(□,\s\up3(01))甲基化的狀況和組蛋白eq\o(□,\s\up3(02))乙?；某潭扔绊懥薉NA內(nèi)存儲的信息能否被讀取。2．表觀遺傳修飾eq\o(□,\s\up3(03))不通過DNA序列改變而影響身體的性狀且eq\o(□,\s\up3(04))能遺傳給子代，這樣的變化稱為表觀遺傳修飾，即發(fā)生DNA序列外的變化。3．表觀遺傳的影響：有些表觀遺傳修飾對身體的影響很大。4．表觀遺傳的意義：可以使生物打破DNA變化緩慢的限制，使后代能迅速獲得親代應對環(huán)境因素做出的反應而發(fā)生的變化，這對生物種群的生存和繁衍可能是eq\o(□,\s\up3(05))有利的，也可能是eq\o(□,\s\up3(06))有害的，如不良的環(huán)境和生活習慣對后代產(chǎn)生不利的影響。DNA甲基化能改變DNA中堿基序列嗎？提示：不能，DNA甲基化是DNA化學修飾的一種形式，能夠在不改變DNA堿基序列的前提下，改變遺傳表型。[例]有關表觀遺傳的敘述，正確的是()A．表觀遺傳的現(xiàn)象只存在于某些動物的生命活動中B．DNA的甲基化水平升高，會抑制某些基因的表達，進而對表型產(chǎn)生影響C．DNA分子存在甲基化現(xiàn)象，但是其他大分子不會發(fā)生甲基化D．表觀遺傳的性狀，不能遺傳給下一代答案B1．在甲基轉(zhuǎn)移酶的催化下，DNA的胞嘧啶被選擇性地添加甲基導致DNA甲基化，進而使染色質(zhì)高度螺旋化，因此失去轉(zhuǎn)錄活性。下列相關敘述不正確的是()A．DNA甲基化，會導致基因堿基序列的改變B.DNA甲基化，會導致mRNA合成受阻C．DNA甲基化，可能會影響生物的性狀D.DNA甲基化，可能會影響細胞分化答案A解析DNA甲基化是指DNA的胞嘧啶被選擇性地添加甲基，這不會導致基因堿基序列的改變，A錯誤；DNA甲基化，會使染色質(zhì)高度螺旋化，因此失去轉(zhuǎn)錄活性，導致mRNA合成受阻，B正確；DNA甲基化會導致mRNA合成受阻，進而導致蛋白質(zhì)合成受阻，這樣可能會影響生物的性狀，C正確；細胞分化的實質(zhì)是基因的選擇性表達，而DNA甲基化會導致mRNA合成受阻，即會影響基因表達，因此DNA甲基化可能會影響細胞分化，D正確。2．以下不屬于表觀遺傳特點的是()A．可以遺傳B．可能導致基因組堿基的改變C．可能引起疾病D．DNA序列沒有發(fā)生改變答案B解析表觀遺傳可以遺傳，A錯誤；表觀遺傳基因組堿基序列不發(fā)生改變，B正確；表觀遺傳涉及整體的基因表達調(diào)控，可能引起疾病，C錯誤；表觀遺傳沒有DNA序列的改變，D錯誤。3．下列關于表觀遺傳的說法不正確的是()A．表觀遺傳的分子生物學基礎是DNA的甲基化和組蛋白的乙?；疊．表觀遺傳現(xiàn)象中，生物表型發(fā)生變化是由于基因的堿基序列改變C．表觀遺傳現(xiàn)象與外界環(huán)境關系密切D．DNA甲基化的修飾可以遺傳給后代，使后代出現(xiàn)同樣的表型答案B解析表觀遺傳是指生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達和表型發(fā)生可遺傳變化的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是DNA的甲基化、染色體上的組蛋白發(fā)生乙?；?，A正確，B錯誤；外界環(huán)境會引起細胞中DNA甲基化水平變化，從而引起表觀遺傳現(xiàn)象的出現(xiàn)，C正確；DNA甲基化的修飾可以通過配子傳遞給后代，使后代出現(xiàn)同樣的表型，D正確。4．表觀遺傳是生物體中基因堿基序列保持不變，但基因表達和表型發(fā)生可遺傳變化的現(xiàn)象，回答下列問題：(1)DNA甲基化是指在DNA堿基上選擇性添加甲基，是表觀遺傳中常見的現(xiàn)象之一。某些基因非編碼區(qū)的—CCGG—位點被甲基化后，使________酶不能與之結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄過程，從而導致生物的________________發(fā)生改變。去甲基化后，該基因恢復功能。(2)研究發(fā)現(xiàn)：小鼠胚胎中只要來自父方的A、a基因均不會甲基化(原來甲基化的基因去甲基化)，來自母方的A、a基因均被甲基化?，F(xiàn)有純合矮小雌鼠(aa)與純合正常雄鼠(AA)雜交，則F1的表型為______________，F(xiàn)1雌雄個體隨機交配，F(xiàn)2的表型及比例為__________________。答案(1)RNA聚合表型(性狀、基因表達)(2)全部正常(正常)正?！冒。?∶1解析(1)轉(zhuǎn)錄需要RNA聚合酶的催化，故某些基因非編碼區(qū)的—CCGG—位點被甲基化后，使RNA聚合酶不能與之結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄過程，從而導致生物的性狀發(fā)生改變。(2)純合矮小雌鼠(aa)與純合正常雄鼠(AA)雜交，則F1的基因型為Aa，其中來自父本的A未被甲基化，故子一代全部正常；子一代自由交配時，作為母本的Aa產(chǎn)生的配子A和a均被甲基化，而作為父本的Aa產(chǎn)生的A和a均未被甲基化，故子二代中正?！冒。?∶1。知識點一基因序列不變，表型可能改變1.下列現(xiàn)象最可能與表觀遺傳相關的是()A．一株水毛茛水下的葉型和水上的不同B．煙草煙霧使精子甲基化水平升高使其活性下降C．相同基因型的植物在營養(yǎng)液里長勢比在清水里好D．兩只紅眼的雌雄果蠅雜交后代出現(xiàn)白眼雄果蠅答案B解析表觀遺傳現(xiàn)象是指基因表達發(fā)生改變但不涉及DNA序列的變化，能夠在代與代之間傳遞。一株水毛茛水下的葉型和水上的不同是基因與環(huán)境共同作用的結(jié)果，A錯誤；煙草煙霧使精子甲基化水平升高使其活性下降，屬于DNA甲基化，與表觀遺傳有關，B正確；相同基因型的植物在營養(yǎng)液里長勢比在清水里好，是環(huán)境引起的不可遺傳的變異，C錯誤；兩只紅眼的雌雄果蠅雜交后代出現(xiàn)白眼雄果蠅，可能的原因是親本紅眼雌蠅為雜合子，則可生出白眼雄果蠅，D錯誤。2．下列關于表觀遺傳的說法，錯誤的是()A．表觀遺傳現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)使“基因的堿基序列代表了全部的遺傳信息”的觀點受到挑戰(zhàn)B．表觀遺傳導致的性狀改變可以遺傳給下一代C．表觀遺傳可解釋為基因在轉(zhuǎn)錄和翻譯過程中發(fā)生了一些穩(wěn)定性的改變D．表觀遺傳現(xiàn)象僅出現(xiàn)在某些特定生命活動過程答案D解析表觀遺傳現(xiàn)象是指基因表達發(fā)生改變但基因的堿基序列不變，表觀遺傳現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)使“基因的堿基序列代表了全部的遺傳信息”的觀點受到挑戰(zhàn)，A正確；表觀遺傳可解釋為基因在轉(zhuǎn)錄和翻譯過程中發(fā)生了一些穩(wěn)定性的改變，而出現(xiàn)的基因相同而性狀不同的現(xiàn)象，C正確；表觀遺傳現(xiàn)象在生物體的生長發(fā)育過程中普遍存在，D錯誤。知識點二改變了的表型有些可以遺傳3.關于表觀遺傳的理解，下列說法正確的是()A．DNA的甲基化與環(huán)境因素無關B.DNA的甲基化影響基因的翻譯過程C．表觀遺傳現(xiàn)象不符合孟德爾遺傳定律D.DNA的甲基化導致基因的堿基序列改變答案C解析環(huán)境因素會影響DNA的甲基化，A錯誤；DNA的甲基化影響基因的轉(zhuǎn)錄過程，B錯誤；表觀遺傳現(xiàn)象不符合孟德爾遺傳定律，C正確；DNA的甲基化不會導致基因的堿基序列改變，D錯誤。4．對表觀遺傳的生物學意義的表述錯誤的是()A．補充了“中心法則”，闡明核酸并不是存儲遺傳信息的唯一載體B．“表觀遺傳修飾”可以影響基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯C．表觀遺傳學修飾的可遺傳性在基因和環(huán)境的共同作用中起重要作用D．“表觀遺傳修飾”不能在個體世代間遺傳答案D解析“表觀遺傳修飾”能在個體世代間遺傳，D錯誤。5．表觀遺傳現(xiàn)象普遍存在于生物體生命活動過程中，下列有關表觀遺傳的敘述，錯誤的是()A．柳穿魚Leyc基因的部分堿基發(fā)生了甲基化修飾，抑制了基因的表達B．基因組成相同的同卵雙胞胎所具有的微小差異與表觀遺傳有關C．表觀遺傳現(xiàn)象發(fā)生在減數(shù)分裂產(chǎn)生配子的過程中，能遺傳給后代D．構(gòu)成染色體的組蛋白發(fā)生甲基化、乙?；刃揎椧矔绊懟虻谋磉_答案C解析表觀遺傳由于基因型未發(fā)生改變，故不能通過減數(shù)分裂遺傳給后代，C錯誤。6．黃色小鼠(AA)與黑色小鼠(aa)雜交，產(chǎn)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(CpG)胞嘧啶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．堿基甲基化可以影響基因的表達C．堿基甲基化不影響堿基互補配對過程D．甲基化是引起基因序列改變的常見方式答案D解析A基因上二核苷酸(CpG)胞嘧啶有不同程度的甲基化現(xiàn)象出現(xiàn)，甲基化不影響基因DNA復制，甲基化可能影響RNA聚合酶與該基因的結(jié)合，從而影響該基因的表達。A基因上二核苷酸(CpG)胞嘧啶有不同程度的甲基化現(xiàn)象出現(xiàn)，但是沒有改變堿基，D錯誤。7．某種實驗小鼠的黃色體毛(B)對黑色體毛(b)為顯性。將純種黃色體毛的小鼠與純種黑色體毛的小鼠雜交，F(xiàn)1小鼠表現(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，B基因的某段序列具有多個可發(fā)生甲基化修飾的位點，其甲基化程度越高，B基因的表達水平越低。下列敘述錯誤的是()A．F1小鼠的基因型都是BbB．B基因的甲基化修飾需要相關酶的參與C．發(fā)生甲基化修飾的位點越多，B基因的表達受到的抑制越明顯D．甲基化修飾改變了B基因中堿基對排列順序，從而導致性狀改變答案D解析純種黃色與純種黑色雜交，正常情況下，產(chǎn)生的后代的基因型并未改變，即都為Bb，A正確；B基因的甲基化需要酶的修飾，B正確；B基因甲基化程度越高，B基因的表達水平越低，說明發(fā)生甲基化修飾的位點越多，B基因的表達受到的抑制越明顯，C正確；甲基化修飾并未引起B(yǎng)基因的堿基對排列順序發(fā)生改變，D錯誤。8．將遺傳背景相同的大鼠幼崽隨機分為2組，分別由“負責任”的母鼠(善于舔舐和清潔幼崽)和“不負責任”的母鼠(不善于舔舐和清潔幼崽)撫養(yǎng)，這兩組幼鼠成年后的行為出現(xiàn)了明顯不同。進一步研究發(fā)現(xiàn)，這兩組幼鼠成年后行為出現(xiàn)差異的原因是大鼠體內(nèi)有幾個行為相關基因的表達存在差異，但基因的堿基序列并沒有改變，這種差異在后代中仍會保持。下列說法錯誤的是()A．個體的表型受到基因型和環(huán)境的影響B(tài)．大鼠成年前被撫養(yǎng)的經(jīng)歷可影響到其下一代的性狀C．增加上述兩種母鼠所生幼鼠的互換撫養(yǎng)實驗可以增加說服力D．母鼠的撫養(yǎng)行為可通過影響幼鼠的DNA的復制進而影響幼鼠的表現(xiàn)答案D解析個體的表型受到基因型和環(huán)境的影響，A正確；結(jié)合題干信息“這兩組幼鼠成年后的行為出現(xiàn)了明顯不同”“這種差異在后代中仍會保持”可知，大鼠成年前被撫養(yǎng)的經(jīng)歷會影響到下一代的性狀，B正確；增加題干所述兩種母鼠所生幼鼠的互換扶養(yǎng)實驗可以增加說服力，C正確；由題干信息“兩組幼鼠成年后行為出現(xiàn)差異的原因是大鼠體內(nèi)有幾個行為相關基因的表達存在差異，但基因的堿基序列并沒有改變”可知，母鼠的撫養(yǎng)行為通過影響幼鼠體內(nèi)幾個行為相關基因的表達，從而影響幼鼠成年后的行為，并未改變幼鼠基因，由題干信息也不能得出母鼠的撫養(yǎng)行為會影響幼鼠DNA的復制，D錯誤。9．請閱讀下面科普短文，并回答問題。你知道嗎？長期、持久的生活習慣或環(huán)境改變，可能會讓我們的基因發(fā)生適應性的改變，而發(fā)生改變的基因，或許會遺傳給下一代。你高于同伴的水下憋氣能力，有可能是從父輩那里繼承來的；你的祖輩經(jīng)歷過的“創(chuàng)傷”，會在你的身上“完美”地復制下來；你現(xiàn)在不良的生活方式，也會對基因產(chǎn)生絕對性的影響。也就是說，在一定程度上，你可以改變你的遺傳特性。但這并不意味著我們的生命不是由基因決定的。實際上，遺傳基因以我們無法想象的方式，影響和塑造著我們的生活。分子生物學研究揭示，某些環(huán)境因素雖然沒有改變基因的堿基序列，卻會引起基因序列等的特定化學修飾，即表觀修飾，進而影響基因表達，且這種表觀修飾還可能傳遞給后代，使子代表型發(fā)生變化，這通常被稱為表觀遺傳。甲基化作用是一種常見的表觀修飾，甲基化的工作原理，就是將由氫和碳組成的三葉草狀的化合物(—CH3，甲基)，附加在DNA上改變基因結(jié)構(gòu)，通過這種方式使細胞按照我們所要求的形式存在和行動，或是繼續(xù)秉承上一代的要求活動。甲基化作用“標記”對基因的開啟或關閉會帶來癌癥、糖尿病或出生缺陷，也能影響基因表達而讓我們更健康、更長壽。正因為表觀遺傳學效應對生物演化、適應環(huán)境有著重要的作用，它造成的適應性狀改變勢必應該被遺傳下來。內(nèi)地人進入高原往往會產(chǎn)生嚴重的高原反應。研究發(fā)