基因突變和基因重組課件高一下學期生物人教版必修23

5.1基因突變和基因重組基因突變的實例基因突變概念結(jié)果原因時間特點意義應(yīng)用分析鐮狀細胞貧血的病因以結(jié)腸癌為例分析細胞癌變基因的堿基序列改變產(chǎn)生等位基因內(nèi)因、外因細胞分裂前的間期普遍性、隨機性、不定向性、低頻性、多害少利性新基因、根本來源、原始材料誘變育種

通過美容手術(shù)做成的“雙眼皮”能遺傳嗎？為什么？不可遺傳問題探討①遺傳指親代與子代、子代與子代個體之間性狀的相似性。②變異指親代與子代、子代與子代個體之間性狀的差異性表現(xiàn)型=基因型+環(huán)境生物變異（環(huán)境引起，不改變遺傳物質(zhì)）不可遺傳的變異可遺傳的變異（改變遺傳物質(zhì)）基因突變基因重組染色體變異▲注意：基因中堿基序列不發(fā)生改變，有時候也可通過表觀遺傳影響下一代。航天育種我國早在1987年就利用返回式衛(wèi)星進行航天育種研究：將作物種子帶入太空，利用太空中的特殊環(huán)境誘導，然后在地面選擇優(yōu)良的品種進行培育。太空南瓜普通南瓜1.航天育種的生物學原理是什么？基因突變一.基因突變：實例1：鐮狀細胞貧血（鐮刀型細胞貧血癥）一種遺傳病。正常人的紅細胞是中央微凹的圓餅狀，而鐮狀細胞貧血患者的紅細胞卻是彎曲的鐮刀狀。異常紅細胞（鐮狀細胞貧血）正常紅細胞（兩面凹圓盤狀）鐮狀細胞不靈活，不容易改變形狀。它們中的許多穿過你的血管時會破裂。鐮狀細胞通常只持續(xù)10到20天，而不是正常的90到120天。鐮狀細胞也可能粘附在血管壁上，造成堵塞，從而減慢或停止血液流動?；蛲蛔兊膶嵗?鐮狀細胞貧血直接原因：多肽鏈上一個谷氨酸被纈氨酸替換思考：導致鐮狀細胞貧血癥的，根本原因是什么？UA氨基酸蛋白質(zhì)GATGCC谷氨酸纈氨酸GGCCTAGGGGDNAmRNA研究發(fā)現(xiàn)，這個氨基酸的變化是編碼血紅蛋白的基因的堿基序列發(fā)生改變所引起的。想一想這種疾病能否遺傳？怎樣遺傳？能夠遺傳，是親代通過生殖過程把基因傳遞給子代的TAAU基因突變的實例-鐮狀細胞貧血基因中堿基發(fā)生了替換根本原因：直接原因：多肽鏈上一個谷氨酸被纈氨酸替換堿基對除了替換外，還有哪些變化也可以引起基因突變？請歸納基因突變的概念。ATAGACTATCTGATATAGACTATCTGAACATGTTGTACATAATAGACTTATCTG替換增添缺失TADNA分子基因突變(鐮狀細胞貧血）(皺粒豌豆）1、DNA分子中，堿基對的替換、增添、缺失一定會導致基因突變（）DNA包括基因和非基因片段2、基因突變無法通過顯微鏡觀察（）DNA分子中發(fā)生堿基對的

、

和

，而引起的

的改變，叫做基因突變。替換增添缺失基因堿基序列×√【思考】基因突變實質(zhì)：基因結(jié)構(gòu)的改變注意：DNA分子結(jié)構(gòu)改變≠基因突變DNA···AU

C

CGC···

···A

U

U

CGC···

異亮氨酸精氨酸異亮氨酸mRNA···AT

C

CGC···

···TA

G

GC

G···正?！ぁぁAAGC

G······ATTCGC···

堿基對替換精氨酸思考：堿基對的替換、增添和缺失對性狀的影響誰最大？①替換：堿基對替換一定會導致蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變嗎？···A

CCGCCCAGTAG···

···TGGCGGGTCATC······AUCCGCCCAGUAG···

···TAGGC

GGGTCATC···正常mRNADNAmRNADNA氨基酸氨基酸···ATCCGCCCAGTAG···

異亮氨酸精氨酸···ACCG

CCCAGUAG···

蘇氨酸丙氨酸②①①②缺失1對堿基脯氨酸頡氨酸谷氨酰胺終止②缺失···ATCCCGCCCAGTAG···

···TAGGGCGGGTCATC······AUCCGCCCAGUAG···

···TAGGC

GGGTCATC···正常mRNADNAmRNADNA氨基酸氨基酸···ATCCGCCCAGTAG···

異亮氨酸精氨酸···AUGCCG

CCCAGUAG···

甲硫氨酸②①①②增加1對堿基脯氨酸頡氨酸③增添脯氨酸脯氨酸絲氨酸堿基影響范圍對氨基酸序列的影響替換____一般只改變___個氨基酸或_______氨基酸序列增添____一般不影響插入位置___的序列，而影響插入位置____的序列缺失____一般不影響缺失位置____的序列，而影響缺失位置____的序列一不改變小大前后大前后堿基對的替換、增添和缺失對性狀的影響誰最大？密碼子的簡并不相同，增加或缺失3N個堿基對性狀的影響可減小。

增添（缺失）一個堿基和增添（缺失）三個堿基對性狀的影響一樣嗎？(二)基因突變發(fā)生的時間？Why？2、

基因突變發(fā)生的時間：可以發(fā)生在個體發(fā)育的任何時期通常在細胞分裂前的間期（有絲分裂前的間期和減數(shù)第一次分裂前的間期）Q:基因突變會改變基因的數(shù)目和位置嗎？基因突變產(chǎn)生新基因，但不會改變?nèi)旧w上基因的數(shù)量和位置基因突變是基因內(nèi)部堿基的種類和數(shù)目的變化，但一條染色體上的基因的位置和數(shù)量并未改變1.基因突變?yōu)槭裁匆装l(fā)生在細胞分裂前的間期？因為在細胞分裂前的間期要進行DNA復制，DNA復制時要解旋為單鏈，單鏈DNA的穩(wěn)定性會大大降低，極易受到影響而發(fā)生堿基的改變。探究下列問題，深度理解基因突變2.DNA分子中發(fā)生堿基的替換、增添和缺失是否一定導致基因突變？為什么？不一定，如果堿基的替換、增添和缺失發(fā)生于DNA分子的非基因片段中，則不會導致基因突變?；?基因1基因3基因4基因5基因6基因7若發(fā)生在基因間區(qū)不屬于基因突變探究下列問題，深度理解基因突變3.DNA中堿基改變，氨基酸序列一定會改變嗎？相應(yīng)的性狀呢？為什么？（基因突變未引起生物性狀改變的原因）①突變可能發(fā)生在沒有表達的DNA片段上。——非編碼序列

不一定?；蚍腔蚍腔蚍蔷幋a區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)②基因突變后的密碼子和原密碼子決定的是同一種氨基酸?！艽a子的簡并性③若為隱性突變，如AA→Aa，性狀不改變。——突變的結(jié)果：產(chǎn)生新的基因④若突變基因是沉默基因，在該細胞中不表達。——基因的選擇性表達⑤改變個別氨基酸的位置，但蛋白質(zhì)的功能不變?；蛲蛔円欢〞е禄蚪Y(jié)構(gòu)改變，但蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、性狀不一定改變。①若發(fā)生在配子中，將遵循遺傳規(guī)律傳遞給后代。②若發(fā)生在體細胞中，一般不能遺傳。③有些植物的體細胞基因突變，可通過無性生殖遺傳。4.基因突變是否遺傳？如果可以，如何遺傳？如:皮膚癌不可遺傳給后代如：植物組織培養(yǎng)、扦插、嫁接等。實例2：細胞的癌變（如結(jié)腸癌）一.基因突變：1、癌細胞的特點：③易擴散：細胞膜上的糖蛋白等物質(zhì)減少，細胞之間的黏著性顯著降低，易在體內(nèi)分散和轉(zhuǎn)移。①不死：能夠無限增殖；②變態(tài)：形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化；正常的成纖維細胞癌變后的成纖維細胞正常結(jié)腸上皮細胞抑癌基因Ⅰ突變原癌基因突變抑癌基因Ⅱ突變抑癌基因Ⅲ突變癌癌細胞轉(zhuǎn)移結(jié)腸癌是一種常見的消化道惡性腫瘤。右圖是解釋結(jié)腸癌發(fā)生的簡化模型。2、探究：正常細胞為什么會轉(zhuǎn)化為癌細胞討論1：健康人的細胞中存在原癌基因和抑癌基因嗎？正常細胞的DNA分子中都有原癌基因和抑癌基因正常結(jié)腸上皮細胞抑癌基因Ⅰ突變原癌基因突變抑癌基因Ⅱ突變抑癌基因Ⅲ突變癌癌細胞轉(zhuǎn)移討論2：從基因角度看，結(jié)腸癌發(fā)生的原因是什么？原癌基因和抑癌基因發(fā)生基因突變原癌基因相應(yīng)蛋白質(zhì)活性過強突變或過量表達癌基因抑癌基因蛋白質(zhì)活性減弱或失去活性突變失去抑制作用表達的蛋白質(zhì)是細胞正常的生長和繁殖所必須的。表達的蛋白質(zhì)能抑制細胞的生長和繁殖，或者促進細胞凋亡與癌變相關(guān)的基因可能可能腫瘤細胞癌細胞正常細胞原癌基因抑癌基因突變突變癌基因失去抑制作用不能控制（致癌因子的作用）不受控制，惡性增殖我突變了可不要怪我，誰叫你抽那么多煙！嘻~~不用怕，還有我呢！癌基因，我給你兩個選擇，是讓我修復你，還是我干掉你整個細胞哼，這下抑癌基因你也突變了，看誰還能管得到我，嘻暈，兄弟，這下完了，看來我也幫不了你了，你好自為之吧，佛主保佑你~阿門！3、細胞癌變的機理：無機化合物，如石棉；有機化合物，如黃曲霉素物理致癌因子主要指輻射，如紫外線、X射線病毒致癌因子化學致癌因子致癌病毒含有病毒癌基因以及與致癌有關(guān)的核酸序列HPV病毒4、致癌因子物理因素化學因素生物因素基因突變的原因外因內(nèi)因：①物理因素：X射線，激光等②化學因素：亞硝酸、堿基類似物等③生物因素：某些病毒的遺傳物質(zhì)影響宿主細胞的DNA（自發(fā)產(chǎn)生）自然條件下，由于DNA復制發(fā)生錯誤。

基因突變在生物界是普遍存在的。普遍性時間上：可以發(fā)生在生物個體發(fā)育的任何時期部位上：細胞內(nèi)不同的DNA分子上、同一個DNA分子的不同部位。隨機性不定向性一個基因可以發(fā)生不同的突變，產(chǎn)生一個以上的等位基因。在自然狀態(tài)下，基因突變的頻率是很低的。低頻性教材P83小字部分基因突變的特點：多害少利性對生物體的意義

①有害突變：可能破壞生物體與現(xiàn)有環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系。②有利突變：比如抗病性突變、耐旱性突變、微生物抗藥性突變等。③中性突變：不會導致新的性狀出現(xiàn)?；蛲蛔儗M化的意義

①基因突變是產(chǎn)生新基因的途徑。②基因突變是生物變異的根本來源。③為生物的進化提供了豐富的原材料。（原有基因和突變基因為自然選擇提供了材料）基因突變的意義說明：基因突變是有害、有利還是中性與環(huán)境有關(guān)。真核生物是產(chǎn)生它的等位基因。原核生物沒有染色體，沒有等位基因，故產(chǎn)生的是新基因產(chǎn)生新基因AAaA改變：基因型、遺傳信息、密碼子不變：基因數(shù)目、遺傳規(guī)律可能改變：氨基酸、蛋白質(zhì)、性狀

基因突變結(jié)果：醫(yī)療方面（避免）X光、胸透、CT等檢查利用的射線屬于誘發(fā)基因突變的物理因素，門外多放警示性標志。農(nóng)業(yè)方面（誘變育種）利用物理因素或化學因素，使生物發(fā)生基因突變，可以提高突變率，創(chuàng)造人類需要的生物新品種。應(yīng)用原理：方法：優(yōu)點：缺點：應(yīng)用：基因突變先用物理或化學方法處理種子或幼苗，再選擇符合要求的變異類型提高了突變率，產(chǎn)生新基因；縮短育種年限；創(chuàng)造新品種；改良生物性狀。具有不定向性，難以控制突變方向；具有低頻性和多害少利性，需大量處理實驗材料太空作物的培育、黑農(nóng)五號、青霉菌的選育等。誘變育種探究點

基因突變的原因及特點1.如圖中的基因A可能突變?yōu)閍1、a2或a3，A、a1、a2、a3之間也可以相互突變。回答下列問題：(1)基因A、a1、a2、a3在染色體上的位置是否相同？它們能相互看作等位基因嗎？提示基因突變是基因內(nèi)部堿基發(fā)生的改變，基因在染色體上的位置并沒有改變，因此它們的位置相同，互為等位基因。(2)圖示過程體現(xiàn)了基因突變的哪些特點？提示體現(xiàn)了基因突變是不定向的。2.分析并回答下列有關(guān)基因突變特點的問題： (1)白眼果蠅、白色皮毛牛犢、短腿的安康羊、白化苗、白化病等的產(chǎn)生都源于基因突變，由此你能歸納出基因突變的特點嗎？

提示基因突變具有普遍性，在生物界中普遍存在。 (2)基因突變發(fā)生在生物個體發(fā)育的什么時期？這又體現(xiàn)了基因突變的什么特點？

提示生物個體發(fā)育的任何時期均可發(fā)生基因突變，體現(xiàn)了基因突變具有隨機性。(1)突變時間：基因突變并不只是發(fā)生于DNA復制時。細胞生命歷程中的任何時期均可能發(fā)生基因突變，只是DNA復制時更容易發(fā)生。(2)發(fā)生基因突變的生物：任何生物均可以發(fā)生基因突變，包括RNA病毒，而不僅是以DNA為遺傳物質(zhì)的生物。(3)突變方向與環(huán)境的關(guān)系：基因突變的方向和環(huán)境沒有明確的關(guān)系，即環(huán)境因素可提高突變率，但不能決定基因突變的方向。(4)突變結(jié)果：基因突變改變基因的種類，遺傳信息一定改變，但不改變基因的數(shù)目，不一定改變生物的性狀。基因突變-易錯提醒基因突變?yōu)槭裁茨芨淖兩锏男誀?

①

使肽鏈中氨基酸種類改變。

②

基因突變可能引發(fā)肽鏈不能合成。

③

肽鏈延長(終止密碼子延后出現(xiàn))。

④

肽鏈縮短(終止密碼子提前出現(xiàn))。以上改變會引發(fā)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能改變，進而引發(fā)生物性狀的改變?；蛲蛔兊膶嵗n堂小結(jié)基因突變概念結(jié)果原因時間特點意義應(yīng)用分析鐮狀細胞貧血的病因以結(jié)腸癌為例分析細胞癌變基因的堿基序列改變產(chǎn)生等位基因內(nèi)因、外因細胞分裂前的間期普遍性、隨機性、不定向性、低頻性、多害少利性新基因、根本來源、原始材料誘變育種純種黃色圓粒豌豆純種綠色皺粒豌豆×↓

黃色圓粒豌豆↓UPF1F2黃色圓粒綠色圓粒黃色皺粒綠色皺粒重組性狀除了基因突變還有什么方式會導致性狀的差異呢？1.什么是基因重組？2.基因重組發(fā)生的時間？3.基因重組的類型？4.基因重組的意義？二、基因重組一、基因重組在生物體進行有性生殖的過程中，控制不同性狀的基因的重新組合。前提本質(zhì)BbADad非同源染色體非等位基因同源染色體非等位基因1.概念：發(fā)生范圍:真核生物有性生殖：由親本產(chǎn)生的生殖細胞(配子)，經(jīng)過兩性生殖細胞的結(jié)合，成為受精卵，再發(fā)育成為新的個體的生殖方式。控制不同性狀基因：非等位基因范圍：真核生物2.基因重組類型：（1）自由組合型：非同源染色體上的非等位基因的自由組合。（2）互換型：同源染色體上的非姐妹染色單體之間發(fā)生局部互換。思考：總結(jié)基因重組發(fā)生的時間？①減數(shù)分裂Ⅰ后期②減數(shù)分裂Ⅰ前期（1）自由組合型時間：減數(shù)分裂Ⅰ后期實質(zhì)：隨著非同源染色體的自由組合，非等位基因發(fā)生自由組合。ADadAd和aDAD和adADadAABaabbB可產(chǎn)生的配子類型：AB、ab重組后新增的配子類型：AB、Ab、ab、aB（2）互換型時間：減數(shù)分裂Ⅰ前期實質(zhì)：同源染色體上的非姐妹染色單體的交換AABaabBb人為的基因重組：基因工程提問：“S型菌DNA使R型活菌轉(zhuǎn)化”發(fā)生的是基因突變還是基因重組？轉(zhuǎn)化死亡是廣義上的基因重組（3）不同個體或物種間基因的重組思考：基因重組能否產(chǎn)生新基因和新性狀？基因重組是原有基因的重新組合，只產(chǎn)生新基因型和重組性狀，不能產(chǎn)生新基因與新性狀。純種黃色圓粒豌豆純種綠色皺粒豌豆×↓

黃色圓粒豌豆↓UPF1F2黃色圓粒綠色圓粒黃色皺粒綠色皺粒思考：下面的情況屬于基因重組嗎？1、雜合高莖豌豆（Dd）自交，子代出現(xiàn)高莖和矮莖2、精子和卵細胞結(jié)合形成受精卵提醒：模擬題考試中強調(diào)上述發(fā)生在減數(shù)分裂過程中的狹義基因重組。廣義的基因重組還包括細菌的轉(zhuǎn)化、基因工程。不屬于不屬于矮桿抗病DDTTddtt高稈抗病

矮稈不抗病ddRR3.基因重組的應(yīng)用——雜交育種將兩個或多個品種的優(yōu)良性狀通過交配集中在一起，再經(jīng)選擇和培育，獲得新品種。PDDTTddtt×DdTtF1

高稈抗病

矮稈不抗病矮稈抗病F2

D_T_D_ttddT_ddtt后代全為矮稈抗病后代出現(xiàn)性狀分離操作簡單，目的性強；集不同品種的優(yōu)良性狀于一身。不足：育種年限長，過程繁瑣；只能利用已有的基因重組，不能產(chǎn)生新的基因。優(yōu)點：3.基因重組的應(yīng)用——雜交育種4、基因重組的意義:是生物變異的來源之一，對生物進化有重要意義。四分體時期，通過同源染色體的非姐妹染色單體的互換，實了現(xiàn)同源染色體上的非等位基因的重組。減Ⅰ后期，通過非同源染色體的自由組合，實現(xiàn)了非同源染色體上的非等位基因的重組。雌雄配子的隨機結(jié)合不是基因重組。一對等位基因不存在基因重組。原核細胞、病毒不進行有性生殖，不能發(fā)生基因重組。基因重組注意事項：項目基因突變基因重組變異本質(zhì)發(fā)生時間適用范圍結(jié)果意義聯(lián)系基因分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變原有基因的重新組合通常在有絲分裂間期和減數(shù)第一次分裂前的間期減數(shù)第一次分裂的四分體時期和減數(shù)第一次分裂的后期所有生物主要是進行有性生殖的真核生物產(chǎn)生新基因，可能產(chǎn)生新性狀產(chǎn)生新基因型，產(chǎn)生新的性狀組合生物變異的根本來源，為生物進化提供原始材料生物變異的來源之一，是產(chǎn)生生物多樣性的重要原因基因突變產(chǎn)生新基因，為基因重組提供了自由組合的