【生物】基因表達(dá)與性狀的關(guān)系第2課時(shí)課件-2023-2024學(xué)年高一下學(xué)期生物人教版（2019）必修二

第2節(jié)基因表達(dá)與性狀的關(guān)系情境導(dǎo)入基因什么時(shí)候表達(dá)在哪種細(xì)胞中表達(dá)表達(dá)水平的高低都是受到調(diào)控的基因表達(dá)的調(diào)控會(huì)直接影響生物性狀基因是如何控制性狀的？基因通過指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成來控制生物性狀轉(zhuǎn)錄DNARNA翻譯蛋白質(zhì)基因的表達(dá)兩株柳穿魚體內(nèi)Lcyc基因的序列相同思考討論柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)與Lcyc基因的表達(dá)直接相關(guān)資料1

柳穿魚是一種園林花卉。下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。植株A植株BLcyc基因在開花時(shí)表達(dá)Lcyc基因不表達(dá)Lcyc基因被高度甲基化(Lcyc基因有多個(gè)堿基連接甲基基團(tuán))Lcyc基因正常植株A植株B×P思考討論柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳資料1

科學(xué)家將這兩個(gè)植株作為親本進(jìn)行雜交，F(xiàn)1的花與植株A的相似，F(xiàn)1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。F1F2F1的花為什么與植株A的相似？F1植株同時(shí)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(dá)，表現(xiàn)為顯性；植株B的Lcyc基因由于被高度甲基化，基因表達(dá)受到抑制，表現(xiàn)為隱性。因此，同時(shí)含有這兩個(gè)基因的F1中，F(xiàn)1的花與植株A的相似思考討論柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳資料1

科學(xué)家將這兩個(gè)植株作為親本進(jìn)行雜交，F(xiàn)1的花與植株A的相似，F(xiàn)1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。在F2中，為什么有些植株的花與植株B的相似？F1自交后，F(xiàn)2中有少部分植株含有兩個(gè)來自植株B的Lcyc基因，由于該基因被高度甲基化，基因表達(dá)受到抑制，因此，這部分植株的花與植株B相似植株A植株B×F1F2P思考討論柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳資料1

科學(xué)家將這兩個(gè)植株作為親本進(jìn)行雜交，F(xiàn)1的花與植株A的相似，F(xiàn)1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。植株A植株B×F1F2PLcyc基因的高度甲基化修飾能夠遺傳嗎？判斷的理由是什么？能；因?yàn)镕2中一部分植株的花與植株B相似，說明Lcyc基因的高度甲基化修飾能夠遺傳思考討論柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳資料2

某種實(shí)驗(yàn)小鼠的毛色受一對(duì)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。F1F1小鼠的基因型都是Avya，小鼠毛色為什么不是黃色而是表現(xiàn)出介于黃色和黑色之間的一系列過渡類型？因?yàn)樾∈蟮腁vy基因的前端(或稱“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(gè)可發(fā)有多個(gè)可發(fā)生DNA甲基化修飾的位點(diǎn)，當(dāng)這些位點(diǎn)甲基化后，Avy基因的表達(dá)就受到抑制，并且甲基化程度越高，受到的抑制越明顯，小鼠體毛的顏色就越深表現(xiàn)出不同毛色的Avya小鼠PAvyAvy(黃色)×aa(黑色)

Avya思考討論柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳資料2

某種實(shí)驗(yàn)小鼠的毛色受一對(duì)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。F1表現(xiàn)出不同毛色的Avya小鼠PAvyAvy(黃色)×aa(黑色)

AvyaAvy基因沒有甲基化正常表達(dá)黃色甲基化表達(dá)受到抑制顏色變深A(yù)vy基因CH3甲基化程度越高表達(dá)受到抑制越明顯Avy基因CH3CH3CH3顏色越深思考討論柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳

上述資料中，柳穿魚花和小鼠性狀改變的原因是什么?兩個(gè)例子展示的遺傳現(xiàn)象都表現(xiàn)為基因的堿基序列保持不變，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(duì)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。柳穿魚花的形態(tài)改變是因?yàn)長(zhǎng)cyc基因的部分堿基被高度甲基化，小鼠毛色的改變是因?yàn)锳vy基因的前端有一段影響Avy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。

上述兩個(gè)例子展示的遺傳現(xiàn)象有什么共同點(diǎn)?這對(duì)你認(rèn)識(shí)基因和性狀的關(guān)系有什么啟示?表觀遺傳▲定義：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?！攸c(diǎn)：①可遺傳：基因表達(dá)和表型可以遺傳給后代。②不變性：基因的堿基序列保持不變。③可逆性：DNA的甲基化修飾可以發(fā)生可逆性變化，即被修飾的DNA可能發(fā)生去甲基化。④普遍性：表觀遺傳現(xiàn)象普遍存在于生物體的生長(zhǎng)、發(fā)育和衰老的整個(gè)生命活動(dòng)過程中。表觀遺傳▲三種常見的調(diào)控機(jī)制：①DNA甲基化修飾：主要抑制轉(zhuǎn)錄。②非編碼RNA干擾(例如miRNA)：主要抑制翻譯。③構(gòu)成染色體的組蛋白發(fā)生甲基化、乙?；刃揎椧矔?huì)影響基因的表達(dá)。既可能增強(qiáng)，也可能抑制基因表達(dá)。知識(shí)拓展轉(zhuǎn)錄DNARNA翻譯蛋白質(zhì)基因的表達(dá)表觀遺傳▲實(shí)例1：蜂王和工蜂是由同一批受精卵發(fā)育而來，蜂王和工蜂的DNA序列沒有發(fā)生改變，但由于飲食的影響導(dǎo)致兩者DNA甲基化程度不同：蜂王的DNA甲基化程度低于工蜂的DNA甲基化?！鴮?shí)例2：同卵雙胞胎的微小差異?！鴮?shí)例3：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(duì)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。表觀遺傳你對(duì)生命的態(tài)度，正在重塑你的DNA為了你自己和子孫后代，請(qǐng)不要胡亂過日子有科學(xué)家研究表明，如果父親在11歲之前（即進(jìn)入青春期之前）就開始吸煙，那他們的兒子在9歲時(shí)就會(huì)超重。這些事實(shí)說明，在父親產(chǎn)生精子之前，他的生活經(jīng)歷就會(huì)在他的遺傳物質(zhì)上打下印跡。這些印跡可以經(jīng)由生殖過程傳給它們的兒子，甚至孫子。如果爺爺輩在9到12歲時(shí)有大吃大喝的經(jīng)歷，那他們的孫子的壽命就比較短，得糖尿病的幾率會(huì)增加。而在青春期前挨餓的男性，其孫子就較少得心血管病。同樣，在青春期前曾大吃大喝的祖母，她們的孫女的壽命也會(huì)明顯縮短。這說明爺爺奶奶輩的生活狀態(tài)對(duì)身體的影響可以遺傳給它們的孫子，而且爺爺奶奶輩在進(jìn)入青春期之前的那段時(shí)間對(duì)于這種能遺傳的印跡最為重要。與生活聯(lián)系1.吸煙會(huì)導(dǎo)致精子中DNA的甲基化水平升高，從而影響基因的表達(dá)()2.柳穿魚Lcyc基因的部分堿基發(fā)生甲基化修飾，抑制了基因的表達(dá)()3.DNA的甲基化僅通過影響翻譯過程進(jìn)而影響表型()4.表觀遺傳引起了表型的變化，又是可以遺傳的，所以屬于可遺傳變異()×正誤判斷√√√典例分析[典例1]柳穿魚植株A和植株B花的形態(tài)結(jié)構(gòu)不同，其他方面基本相同。下列敘述錯(cuò)誤的是()A.兩株柳穿魚體內(nèi)的Lcyc基因的序列相同B.柳穿魚的葉肉細(xì)胞內(nèi)不存在Lcyc基因C.植株B的Lcyc基因不表達(dá)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柳穿魚的所有體細(xì)胞是由一個(gè)受精卵通過有絲分裂產(chǎn)生的，因此理論上均含有Lcyc基因。解析：基因與性狀的關(guān)系基因的堿基序列不變性狀基因蛋白質(zhì)表達(dá)控制表達(dá)與否表達(dá)水平的高低調(diào)控選擇性表達(dá)細(xì)胞分化表觀遺傳可遺傳的性狀改變構(gòu)建概念基因與性狀的關(guān)系例：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(duì)水稻的生長(zhǎng)、發(fā)育和產(chǎn)量都有重要作用。例：人的身高是由多個(gè)基因決定的，其中每個(gè)基因?qū)ι砀叨加幸欢ǖ淖饔?。在大多?shù)情況下，基因與性狀的關(guān)系并不是簡(jiǎn)單的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系◆一個(gè)性狀可以受到多個(gè)基因的影響◆一個(gè)基因也可以影響多個(gè)性狀基因與性狀的關(guān)系生物體的性狀也不完全是由基因決定的，環(huán)境對(duì)性狀也有著重要影響例：“問題探討”中水毛茛兩種類型葉的形成也與環(huán)境因素相關(guān)水毛茛兩種類型葉例：后天的營(yíng)養(yǎng)和體育鍛煉等對(duì)人的身高也有重要作用基因與性狀的關(guān)系的對(duì)應(yīng)關(guān)系1.多因一效：2.一因多效：3.一因一效：一個(gè)性狀可以受到多個(gè)基因的影響一個(gè)基因可以影響多個(gè)性狀多因一效一因多效一因一效同時(shí)，生物體的性狀也不完全是由基因決定的，環(huán)境對(duì)性狀也有著重要的影響：

表現(xiàn)型=基因型+環(huán)境實(shí)例：人的身高實(shí)例：水稻Ghd7基因編碼的蛋白質(zhì)可以參與開花的調(diào)控，也可以對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量有重要作用；一對(duì)基因控制一種性狀基因與性狀不是簡(jiǎn)單的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。提出假說思維訓(xùn)練剛孵化的殘翅果蠅幼蟲31℃下培養(yǎng)得到了一些翅長(zhǎng)接近正常的果蠅成蟲殘翅果蠅25℃下培養(yǎng)它們產(chǎn)生的后代請(qǐng)針對(duì)高溫培養(yǎng)殘翅果蠅幼蟲得到翅長(zhǎng)接近正常的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)系是怎樣的?)果蠅翅的發(fā)育需要經(jīng)過酶催化的反應(yīng)，而酶是在基因控制下合成的，酶的活性受溫度、pH等條件的影響。這是表觀遺傳嗎？5.基因的選擇性表達(dá)與基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)()6.基因與性狀的關(guān)系是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系()7.生物體的一種性狀有時(shí)受多個(gè)基因的影響()×正誤判斷√√基因的表達(dá)與性狀的關(guān)系思維拓展在一個(gè)蜂群中，少數(shù)幼蟲一直取食蜂王漿而發(fā)育成蜂王，而大多數(shù)幼蟲以花粉和花蜜為食將發(fā)育成工蜂。Dnmt3蛋白是Dnmt3基因表達(dá)的一種DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶，能使DNA某些區(qū)域添加甲基基團(tuán)(如圖所示)，DNA被甲基化后會(huì)干擾RNA聚合酶的識(shí)別。敲除Dnmt3基因后，蜜蜂幼蟲將發(fā)育成蜂王，這與取食蜂王漿有相同的效果。據(jù)上述研究解釋蜜蜂幼蟲因食物不同而發(fā)育不同的原因是什么？蜜蜂的幼蟲以花粉和花蜜為食，Dnmt3基因表達(dá)一種DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶，造成一些基因被甲基化而不能表達(dá)，發(fā)育成工蜂；蜜蜂的幼蟲以蜂王漿為食，Dnmt3基因不表達(dá)，一些基因正常表達(dá)而發(fā)育成蜂王。1.

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(duì)等位基因：X0（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(qǐng)查找資料，尋找答案?！咎崾尽抠Y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)。對(duì)于基因型為XBX0的雌貓，如果體細(xì)胞中攜帶黑毛基因B的X染色體失活，XB就不能表達(dá)，而另一條X染色體上的X表達(dá)，那么由該細(xì)胞增殖而來的皮膚上會(huì)長(zhǎng)出黃色體毛；同理，如果體細(xì)胞中攜帶黃毛基因O的X染色體失活，則X0不表達(dá)，XB表達(dá)，由該細(xì)胞增殖而來的皮膚上就會(huì)長(zhǎng)出黑色體毛。因此，基因型為XBX0的雌貓會(huì)呈現(xiàn)黑黃相間的毛色。思維拓展學(xué)習(xí)小結(jié)基因表達(dá)與性狀的關(guān)系表觀遺傳實(shí)例概念實(shí)質(zhì)并非一一對(duì)應(yīng)環(huán)境影響性狀基因與性狀的關(guān)系

基因與基因、基因與基因產(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)雜而又繁而有序的網(wǎng)絡(luò)，精細(xì)地調(diào)控著生物體的性狀。經(jīng)典遺傳、表觀遺傳、環(huán)境等對(duì)表型的影響DNAmRNA蛋白質(zhì)性狀轉(zhuǎn)錄翻譯體現(xiàn)經(jīng)典遺傳表觀遺傳調(diào)控環(huán)境影響影響2.表觀遺傳：堿基序列不變，引起的性狀變化可遺傳3.僅由環(huán)境變化引起的性狀變化，且不是表觀遺傳，不可遺傳1.經(jīng)典遺傳：堿基序列改變，引起的性狀變化可遺傳1.下列哪項(xiàng)不屬于表觀遺傳的特點(diǎn)()

A．對(duì)表型的影響可遺傳給后代

B．DNA分子堿基可能連接多個(gè)甲基基團(tuán)

C．甲基化導(dǎo)致DNA堿基序列發(fā)生改變

D．可由組蛋白的某些修飾導(dǎo)致習(xí)題鞏固表觀遺傳對(duì)表型的影響，可以遺傳給后代，使后代出現(xiàn)同樣的表型，A不符合題意；一段堿基序列中可能存在多個(gè)可發(fā)生DNA甲基化修飾的位點(diǎn)，所以DNA分子堿基可能連接多個(gè)甲基基團(tuán)，B不符合題意；甲基化不會(huì)導(dǎo)致DNA堿基序列發(fā)生改變，但會(huì)抑制相關(guān)基因表達(dá)，進(jìn)而對(duì)表型產(chǎn)生影響，C符合題意；除了DNA甲基化，構(gòu)成染色體的組蛋白發(fā)生甲基化、乙?；刃揎椧矔?huì)影響基因的表達(dá)，D不符合題意。解析：C跟蹤訓(xùn)練2.黃色小鼠(AA)與黑色小鼠(aa)雜交，產(chǎn)生的F1(Aa)不同個(gè)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基因中二核苷酸(CpG)的胞嘧啶有不同程度的甲基化(如圖所示)，已知甲基化不影響DNA復(fù)制。下列有關(guān)分析錯(cuò)誤的是A.F1體色的差異可能與A基因甲基化程度有關(guān)B.堿基甲基化可能影響RNA聚合酶與該基因的結(jié)合C.堿基甲基化不影響遺傳信息的傳遞D.A基因中的堿基甲基化引起了基因中堿基序列的改變√3.下列關(guān)于基因、蛋白質(zhì)和性狀三者間關(guān)系的敘述，錯(cuò)誤的是()

A.基因與性狀之間并不都是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系

B.基因可以直接體現(xiàn)生物體的性狀

C.蛋白質(zhì)的功能可以影響生物體的性狀

D.生物體的性狀受基因和環(huán)境的共同影響習(xí)題鞏固基因與性狀之間并不是簡(jiǎn)單的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，A正確；基因通過控制蛋白質(zhì)的合成來控制生物體的性狀，基因不能直接體現(xiàn)生物體的性狀，B錯(cuò)誤；蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者，因此蛋白質(zhì)的功能可以影響生物體的性狀，C正確；生物體的性狀受基因和環(huán)境的共同影響，D正確。解析：B4.我國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在體外實(shí)驗(yàn)條件下，某兩種蛋白質(zhì)可以形成含鐵的桿狀多聚體，這種多聚體能識(shí)別外界磁場(chǎng)并自動(dòng)順應(yīng)磁場(chǎng)方向排列。編碼這兩種蛋白質(zhì)的基因，在家鴿的視網(wǎng)膜中共同表達(dá)。請(qǐng)回答下列問題。（1）家鴿視網(wǎng)膜細(xì)胞表達(dá)這兩種蛋白質(zhì)的基本過程是

。（2）家鴿的所有細(xì)胞是否都含有這兩個(gè)基因并進(jìn)行表達(dá)（答“是”或“否”）

，判斷的理由是

。

在視網(wǎng)膜細(xì)胞的細(xì)胞核中，編碼這兩種蛋白質(zhì)的基因分別轉(zhuǎn)錄出相應(yīng)的mRNA，mRNA通過核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，在核糖體上翻譯出蛋白質(zhì)。

否。家鴿的所有細(xì)胞均由受精卵發(fā)育而來，因此所有的細(xì)胞都含有這兩個(gè)基因，但這兩個(gè)基因只在部分細(xì)胞（如視網(wǎng)膜細(xì)胞）中特異性表達(dá)，不會(huì)在所有細(xì)胞中都表達(dá)。（3）如果這兩個(gè)基因失去功能，家鴿的行為可能發(fā)生的變化是

。要驗(yàn)證你的推測(cè)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，寫出你的實(shí)驗(yàn)思路：

。

無法合成有功能的含鐵的桿狀蛋白質(zhì)多聚體，可能導(dǎo)致家鴿無法“導(dǎo)航”，失去方向感。以A、B分別代表編碼這兩種蛋白質(zhì)的基因。先設(shè)