【生物】基因表達與生物性狀的關(guān)系（課件）

第四章基因的表達第2節(jié)基因表達與生物性狀的關(guān)系目標010203結(jié)合基因、性狀與環(huán)境三者關(guān)系,理解表觀遺傳現(xiàn)象并學以致用；通過表觀遺傳的發(fā)現(xiàn)認同科學是不斷發(fā)展的，人類對自然界的探究永無止境（生命觀念、社會責任）通過分析材料,認同細胞分化的實質(zhì)是基因的選擇性表達,理解細胞調(diào)控基因表達的機制。（生命觀念、科學思維）通過資料分析.建立基因控制性狀的兩種模型(科學探究、科學思維)學習目標空氣中的葉浸在水中中的葉

1.這兩種形態(tài)的葉，其細胞的基因組成一樣嗎？2.這兩種葉形的差異，可能是由什么因素引起的？葉呈扁平狀葉呈絲狀這兩種形態(tài)的葉，其細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)境因素引起的基因組成是一樣的受精卵有絲分裂基因指導_______的合成?！蚺c蛋白質(zhì)有何關(guān)系？※蛋白質(zhì)與生命性狀特征有何關(guān)系？蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)是生命活動的_____者和______者體現(xiàn)承擔基因控制生物體的______。性狀※基因與性狀有何關(guān)系？基因如何控制性狀一、基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系請同學們自主閱讀教材P71-72，思考并回答問題：

一、基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系（一）基因?qū)π誀畹拈g接作用1.解釋豌豆為什么會表現(xiàn)出圓粒和皺粒這兩種性狀呢？2.人的白化病是什么原因引起的？3.用文字和箭頭總結(jié)基因、酶與性狀之間的關(guān)系？資料1：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，導致淀粉分支酶出現(xiàn)異常，活性大大降低，進而使細胞內(nèi)淀粉含量降低。淀粉在細胞中具有保留水分的作用。當豌豆成熟時，淀粉含量高的豌豆能有效地保留水分，十分飽滿；淀粉含量低的豌豆由于失水而皺縮。一、基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系為什么圓粒豌豆變成了皺粒豌豆？根本原因是什么？直接原因是什么？（一）基因?qū)π誀畹拈g接作用7基因酶的合成控制生物性狀控制編碼淀粉分支酶基因合成淀粉分支酶合成淀粉淀粉含量升高，保留水分編碼支鏈淀粉酶的基因被插入的DNA序列打亂淀粉酶異常，活性降低淀粉合成受阻，含量降低淀粉含量低的豌豆，失水皺縮控制代謝過程控制催化導致圓粒豌豆的形成機制皺粒豌豆的形成機制外來DNA插入實例一：皺粒豌豆一、基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系資料2：人的白化癥狀是由編碼酪氨酸酶的基因異常而引起的。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)變?yōu)楹谏亍Ｈ绻粋€人由于基因異常而缺少酪氨酸酶，那么這個人就不能合成黑色素，從而表現(xiàn)出白化癥狀。1.為什么會出現(xiàn)白化癥狀？根本原因是什么？直接原因是什么？2.用文字和箭頭總結(jié)基因、酶與性狀之間的關(guān)系。（一）基因?qū)π誀畹拈g接作用一、基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系編碼酪氨酸酶的基因正常酪氨酸轉(zhuǎn)化為黑色素酪氨酸酶正常表現(xiàn)正常正常人白化病人編碼酪氨酸酶的基因異常酪氨酸不能轉(zhuǎn)化為黑色素酪氨酸酶不能合成缺乏黑色素，表現(xiàn)為白化基因型酶代謝過程表現(xiàn)型控制控制表現(xiàn)實例二：白化?。ㄒ唬┗?qū)π誀畹拈g接作用一、基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系編碼淀粉分支酶的基因

淀粉分支酶蔗糖淀粉

鎖水強酪氨酸酶基因

酪氨酸酶酪氨酸黑色素

正常代謝過程合成代謝過程合成生物性狀生物性狀結(jié)論1：基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀基因酶細胞代謝性狀控制控制一、基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系間接控制一、基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系（二）基因?qū)π誀畹闹苯幼饔谜埻瑢W們自主閱讀教材P71-72，思考并回答問題：

3.囊性纖維病、鐮刀型細胞貧血癥的病因是什么？4.通過以上實例基因如何控制控制生物的性狀？一、基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系（二）基因?qū)π誀畹闹苯幼饔?/p>

資料3：在大約70％的囊性纖維化患者中，編碼CFTR蛋白（一種轉(zhuǎn)運蛋白）的基因缺失了3個堿基，導致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使CFTR轉(zhuǎn)運氯離子的功能出現(xiàn)異常，導致患者支氣管中黏液增多，管腔受阻，細菌在肺部大量生長繁殖，最終使肺功能嚴重受損。分析囊性纖維病的發(fā)病機理，用流程圖表述基因、基因表達產(chǎn)物與性狀之間的關(guān)系。編碼CFTR蛋白的基因_____________CFTR蛋白在508位缺少________CFTR蛋白轉(zhuǎn)運_______的功能異常支氣管黏液增多，管腔受阻，細菌在肺部大量繁殖，肺功能嚴重受損CFTR蛋白__________發(fā)生變化缺失3個堿基苯丙氨酸空間結(jié)構(gòu)氯離子編碼CFTR蛋白的基因基因蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)性狀表現(xiàn)蛋白質(zhì)功能一、基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系實例三：囊性纖維化成因編碼血紅蛋白的基因中一個堿基對變化血紅蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化紅細胞成鐮刀型，運輸O2能力降低容易破裂，患溶血性貧血基因性狀表現(xiàn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)直接控制實例四：鐮狀細胞貧血結(jié)論二：基因還能通過控制______________來_____控制生物體的性狀蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接一、基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系細胞代謝基因酶的合成蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)性狀控制控制控制間接控制直接控制總結(jié)：基因控制性狀的兩條途徑：途徑一：途徑二：基因結(jié)構(gòu)蛋白性狀（直接）基因酶代謝性狀（間接）蛋白質(zhì)酒精（乙醇）乙醇脫氫酶乙醛乙醛脫氫酶乙酸（醋酸）CO2、H2O等乙醇脫氫酶相關(guān)基因乙醛脫氫酶相關(guān)基因乙醛有毒，擴張血管其他實例一、基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系酒精（乙醇）乙醇脫氫酶乙醛乙醛脫氫酶乙酸（醋酸）CO2、H2O等乙醇脫氫酶相關(guān)基因乙醛脫氫酶相關(guān)基因乙醛增多，乙醛有毒，擴張血管喝酒上臉（臉紅）酒精中毒（臉白）酒量好一、基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系其他實例其他實例

那為什么酒量差的人好像訓練后好像酒量提高了？酒量差的人肝臟不能有效將酒精分解，長期喝酒訓練后，機體會做出調(diào)整，讓酒精充滿整個身體以稀釋酒精，達到酒量變大的假象。但長期以往對身體的危害很大！一、基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系分析不同類型細胞中DNA和mRNA的檢測結(jié)果思考.討論二、基因的選擇性表達與細胞分化閱讀下列材料（課本中72頁思考和討論的內(nèi)容），回答問題：檢測的3種細胞卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰島素基因卵清蛋白mRNA珠蛋白mRNA胰島素mRNA輸卵管細胞紅細胞胰島細胞++++++++++++------說明：“+”表示檢測發(fā)現(xiàn)相應的分子，“-”表示檢測未發(fā)現(xiàn)相應的分子。分析不同類型細胞中DNA和mRNA的檢測結(jié)果思考.討論二、基因的選擇性表達與細胞分化檢測的3種細胞卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰島素基因卵清蛋白mRNA珠蛋白mRNA胰島素mRNA輸卵管細胞紅細胞胰島細胞++++++++++++------1.這3種細胞中合成的蛋白質(zhì)種類有什么差別？輸卵管細胞只能合成卵清蛋白，不能合成珠蛋白和胰島素；紅細胞只能合成珠蛋白；胰島細胞只能合成胰島素。分析不同類型細胞中DNA和mRNA的檢測結(jié)果思考.討論二、基因的選擇性表達與細胞分化檢測的3種細胞卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰島素基因卵清蛋白mRNA珠蛋白mRNA胰島素mRNA輸卵管細胞紅細胞胰島細胞++++++++++++------2.3種細胞中的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，這一事實說明了什么？在不同細胞內(nèi)表達的基因不同。分析不同類型細胞中DNA和mRNA的檢測結(jié)果思考.討論二、基因的選擇性表達與細胞分化檢測的3種細胞卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰島素基因卵清蛋白mRNA珠蛋白mRNA胰島素mRNA輸卵管細胞紅細胞胰島細胞++++++++++++------2.種細胞中有表達情況相同的基因嗎?說明理由。有,ATP合成酶基因、細胞呼吸酶基因等在所有細胞中都表達。1.不同細胞內(nèi)表達基因的分類2.細胞分化的本質(zhì)：（1）在所有細胞中都表達的基因，指導合成的蛋白質(zhì)是維持細胞基本生命活動所必需的，例如核糖體蛋白基因、ATP合成酶基因；（2）只在某類細胞中特異性表達的基因，例如卵清蛋白基因、胰島素基因；基因的選擇性表達（管家基因）（奢侈基因)基因的選擇性表達與基因表達的調(diào)控有關(guān)。如何調(diào)控？二、基因的選擇性表達與細胞分化性狀基因表達調(diào)控基因什么時候表達在哪種細胞中表達表達水平的高低直接影響表觀遺傳就是一種非常重要的基因表達調(diào)控手段，什么是表觀遺傳？它調(diào)控基因表達的機理是什么呢？三、表觀遺傳柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳思考.討論請同學們自主閱讀教材P73-74，小組合作思考討論完成問題。

討論1：資料中，柳穿魚和小鼠性狀改變的原因是什么？討論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？討論3：資料1和資料2展示的遺傳現(xiàn)象有什么共同點？這對你認識基因和性狀的關(guān)系有什么啟示？討論4：這種遺傳現(xiàn)象稱為什么遺傳？形成的原因是什么？有哪些類型及特點？柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)Lcyc基因的表達（轉(zhuǎn)錄和翻譯）植株A植株B

直接相關(guān)基因不相同同開花時表達不表達（甲基化）：資料1：柳穿魚花的遺傳信息梳理如何解釋甲基化現(xiàn)象？三、表觀遺傳柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳思考.討論植株A植株B未甲基化修飾甲基化修飾基因表達基因未表達Lcyc基因Lcyc基因Lcyc基因Lcyc基因DNA甲基化抑制了基因的表達！三、表觀遺傳柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳思考.討論未甲基化修飾甲基化修飾Lcyc基因Lcyc基因Lcyc基因Lcyc基因兩種基因的堿基序列有沒有改變？沒有DNA甲基化可以遺傳嗎？可以，柳穿魚花的實驗可以證明三、表觀遺傳柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳思考.討論資料2：小鼠毛色的遺傳黑色體毛aa黃色體毛AvyAvyAvya介于黃色和黑色之間的一系列過渡類型為什么會出現(xiàn)上述現(xiàn)象？小鼠性狀改變的原因是什么？DNA甲基化抑制了基因的表達！三、表觀遺傳柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳思考.討論未甲基化修飾Avy基因a基因甲基化修飾Avy基因a基因基因表達抑制-基因表達抑制--基因表達抑制---Avy基因a基因資料2：小鼠毛色的遺傳甲基化程度越高，Avy基因表達受到抑制越明顯，小鼠顏色越深。三、表觀遺傳柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳思考.討論分析資料1，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？F1Lcyc基因Lcyc基因?F2Lcyc基因Lcyc基因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三、表觀遺傳柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳思考.討論資料1和資料2展示的遺傳現(xiàn)象有什么共同點？這對你認識基因和性狀的關(guān)系有什么啟示？堿基序列沒有發(fā)生變化部分堿基發(fā)生了甲基化修飾基因的表達表型可遺傳，并影響后代表現(xiàn)抑制影響問題10:我們將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)象稱為什么？三、表觀遺傳柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳思考.討論①概念:②特點:（1）DNA序列不變；（2）可遺傳給后代；③三種常見的調(diào)控機制:（1）DNA甲基化修飾；*主要抑制轉(zhuǎn)錄；（3）組蛋白甲基化、乙酰化等；（2）非編碼RNA干擾（例如miRNA）；*主要抑制翻譯；（3）受環(huán)境影響、可逆性；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，叫作表觀遺傳。三、表觀遺傳④發(fā)生時期：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；⑤實例：（1）柳穿魚花形遺傳（2）某種小鼠毛色遺傳（3）同卵雙胞胎生長發(fā)育過程中所具有的差異（4）蜂王和工蜂的差異健康提示：

吸煙會使人的體細胞內(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，還有研究發(fā)現(xiàn)，吸煙可使男性精子活力下降，精子中DNA的甲基化水平明顯升高；但是若這些不良習慣被消除，這些表觀遺傳的改變又會逐漸減弱甚至消失；三、表觀遺傳四、基因與性狀的關(guān)系一因一效：一因多效：多因一效：如紅綠色盲、白化病等單基因遺傳病。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。如人的身高是由多個基因決定的，其中每個基因?qū)ι砀叨加幸欢ǖ淖饔??；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，導致產(chǎn)生性狀差異。環(huán)境▲▲一個基因影響一個性狀。一個基因可以影響多個性狀。多個基因影響一個性狀。

表型=基因型+環(huán)境基因與性狀并不是簡單的一一對應的關(guān)系

遺傳學家增做過這樣的實驗：果蠅幼蟲正常的培養(yǎng)溫度為25℃，將剛孵化的殘翅果蠅幼蟲放在31℃的環(huán)境中培養(yǎng)，得到了一些翅長接近正常的果蠅成蟲，這些翅長接近正常的果蠅在正常環(huán)境溫度下產(chǎn)生的后代仍然是殘翅果蠅。

請針對高溫培養(yǎng)殘翅果蠅幼蟲得到翅長接近正常的果蠅成蟲的原因提出假說，進行解釋。提示：翅的發(fā)育是否經(jīng)過酶催化的反應？酶與基因的關(guān)系是怎樣？酶與溫度的關(guān)系是怎樣的？提出假說假說：果蠅翅的發(fā)育需要經(jīng)過酶催化的反應，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。注意：此現(xiàn)象不能遺傳，所以并非表觀遺傳?；蚪Y(jié)構(gòu)蛋白細胞結(jié)構(gòu)生物性狀酶或激素細胞代謝生物性狀直接作用間接作用細胞分化的本質(zhì)就是基因的選擇性表達。表觀遺傳會在不改變DNA堿基序列的情況下產(chǎn)生可遺傳變異?；蚝托誀畈皇且灰粚模嬖诰毜恼{(diào)控。課堂小結(jié)課后習題·概念檢測1．個體的性狀和細胞的分化都取決于基因的表達及其調(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的關(guān)系。（

）（2）細胞分化產(chǎn)生不同類型的細胞，是因為不同類型的細胞內(nèi)基因的表達存在差異。（

）X√課后習題·概念檢測2.我國科學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。下列敘述錯誤的是（

）

A.該項研究說明人和羊共用一套遺傳密碼子

B.該羊的乳腺細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課后習題·拓展應用1.

有人說，“基因是導演，蛋白質(zhì)是演員，性狀是演員的表演作品?！蹦阏J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的DNA片段，蘊含著遺傳信息，可類比成組織者（導演），負責整部作品的呈現(xiàn)；蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者，具體參與細胞的各項生命活動，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）。當然，打比方總會有比得不合理之處，因此，只能說有一定的道理。課后習題·拓展應用2.孟德爾通過豌豆雜交實驗發(fā)現(xiàn)了分離定律和自由組合定律，然而，與他同時代的一些生物學家利用某些植物做一些性狀的雜交實驗時，并沒有得出3:1和9：3：3：1的數(shù)量比；孟德爾用山柳菊也未得到與豌豆雜交實驗相同的結(jié)果。請回答下列問題。（1）為什么利用這些植物進行某些性狀的雜交實驗時，難以得出3：1和9：3：3：1的數(shù)量比？請運用所學知識對可能的原因作出推測。①基因與性狀的關(guān)系并不是簡單的一一對應的關(guān)系，存在多對基因控制一對性狀和一對基因控制多對性狀的情形；②核基因在染色體上呈線性排列，因此這些基因有可能位于同源染色體上，導致這些基因控制的性狀不遵循自由組合定律；課后習題·拓展應用（2）你怎樣看待科學實驗的可重復性？科學實驗必須是可重復的，只有這樣才能說明實驗的現(xiàn)象和結(jié)果是一種必然規(guī)律，而不是偶然發(fā)生的?？茖W實驗的可重復性包括兩方面：①實驗樣本量足夠大，在相同實驗條件下要有足夠的重復觀察次數(shù)；②任何實驗結(jié)果的可靠性應經(jīng)得