【生物】基因表達(dá)與性狀的關(guān)系 課件-2023-2024學(xué)年高一下學(xué)期人教版（2019）必修二

受精卵葉呈扁平狀與絲狀（基因組成________）有絲分裂

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)。相同葉呈扁平狀葉呈絲狀1.這兩種形態(tài)的葉，其細(xì)胞的基因組成一樣嗎？討論2.這兩種葉形的差異，可能是由什么因素引起的？環(huán)境因素等以上能說(shuō)明什么問(wèn)題？基因和性狀之間不一定是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。思考：基因到底如何控制生物的性狀？基因、蛋白質(zhì)與性狀之間究竟是什么關(guān)系呢？第4章基因的表達(dá)第2節(jié)基因表達(dá)與性狀的關(guān)系學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.舉例說(shuō)明基因控制生物體性狀的兩種方式。2.描述基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化的關(guān)系。3.闡述表觀遺傳現(xiàn)象。4.概述基因和性狀的關(guān)系。一.基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系實(shí)例1：豌豆的圓粒與皺粒編碼淀粉分支酶的基因正常淀粉分支酶正常合成蔗糖合成為淀粉，淀粉含量升高淀粉含量高，有效保持水分編碼淀粉分支酶的基因

圓粒豌豆皺粒豌豆基因控制酶的合成代謝過(guò)程生物性狀控制控制插入

了編碼淀粉分支酶的基因淀粉分支酶

，

大大降低蔗糖不能合成淀粉,

含量降低淀粉含量低，

。打亂淀粉失水皺縮異?；钚圆迦胪鈦?lái)DNA序列實(shí)例2：人類(lèi)白化病的成因編碼酪氨酸酶的基因正常酪氨酸酶正常合成表現(xiàn)正常編碼

異常

不能正常合成白化病黑色素×酪氨酸黑色素基因控制酶的合成代謝過(guò)程生物性狀控制控制酪氨酸酶的基因酪氨酸酶酪氨酸CFTR蛋白基因?qū)嵗?：囊性纖維化第508位缺苯丙氨酸缺失了3個(gè)堿基CFTR蛋白缺少苯丙氨酸影響CFTR蛋白結(jié)構(gòu)CFTR轉(zhuǎn)運(yùn)Cl-功能異常

患者支氣管黏液增多，支氣管受阻,細(xì)菌大量繁殖,肺功能?chē)?yán)重受損。基因控制蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)控制生物性狀實(shí)例4：鐮刀型細(xì)胞貧血癥血紅蛋白基因正常血紅蛋白基因異常正常紅細(xì)胞鐮刀型紅細(xì)胞血紅蛋白正常血紅蛋白異?；蚋淖儗?dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變控制生物性狀堿基對(duì)替換控制紅細(xì)胞容易破裂，使人患溶血性貧血。間接控制直接控制1.基因通過(guò)控制

來(lái)控制

，進(jìn)而控制生物體的性狀。酶的合成代謝過(guò)程蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接

實(shí)例：豌豆的粒形、人的白化病

實(shí)例：囊性纖維化、鐮狀細(xì)胞貧血2.基因通過(guò)控制

來(lái)

控制生物體的性狀。基因控制性狀的兩種途徑：

注意：

體現(xiàn)生物性狀所涉及的部分物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)不是蛋白質(zhì)(如植物激素

、

等，)，該類(lèi)性狀往往是通過(guò)基因控制酶的合成來(lái)控制代謝過(guò)程進(jìn)而控制生物體的性狀這一間接途徑實(shí)現(xiàn)的。

色素淀粉、【針對(duì)訓(xùn)練1】人體內(nèi)苯丙酮酸過(guò)多可引起苯丙酮尿癥，如圖表示人體內(nèi)苯丙氨酸的代謝途徑，

據(jù)圖分析不正確的是()、

A．基因1不正常而缺乏酶1可能引起苯丙酮尿癥

B．由苯丙氨酸合成黑色素需要多個(gè)基因控制

C．該圖說(shuō)明基因可通過(guò)控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀

D．基因2突變而缺乏酶2將導(dǎo)致人患白化病C思考與討論

生物體多種性狀的形成，都是以細(xì)胞分化為基礎(chǔ)的。同一生物體中不同類(lèi)型細(xì)胞，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？檢測(cè)的三種細(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+++--+探究任務(wù)一：1．根據(jù)教材p72“思考·討論：回答下列問(wèn)題：(1)這3種基因在3種細(xì)胞都有嗎？mRNA呢？對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì)呢？(2)這一事實(shí)說(shuō)明了什么？都有。

不都有。

不都有。轉(zhuǎn)錄翻譯DNAmRNA蛋白質(zhì)基因的表達(dá)每個(gè)細(xì)胞中并不是所有的基因都表達(dá)，基因的表達(dá)存在選擇性即：基因的選擇性表達(dá)1.細(xì)胞的分化(1)實(shí)質(zhì)：基因的選擇性表達(dá)

(2)標(biāo)志:①分子水平：②細(xì)胞水平：合成了某種細(xì)胞特有的蛋白質(zhì),如唾液淀粉酶、胰島素等。形成了形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能不同的細(xì)胞。二.基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化轉(zhuǎn)錄DNAmRNA翻譯蛋白質(zhì)性狀體現(xiàn)細(xì)胞分化【針對(duì)訓(xùn)練2】

細(xì)胞分化后形成的mRNA、蛋白質(zhì)完全不同()

細(xì)胞分化后形成的mRNA、蛋白質(zhì)不完全相同

()

×√①不變②變(3)細(xì)胞分化的“不變”與“變”DNA、tRNA、rRNA細(xì)胞的數(shù)目mRNA、蛋白質(zhì)的種類(lèi)細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能細(xì)胞的分化的實(shí)質(zhì)：基因在特定時(shí)間和特定空間進(jìn)行的選擇性表達(dá)?；蛘撸?/p>

不同細(xì)胞中基因的執(zhí)行情況不同。2.表達(dá)的基因分類(lèi)(1)管家基因所有細(xì)胞中都表達(dá)的一類(lèi)基因，這類(lèi)基因指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)是維持細(xì)胞基本生命活動(dòng)所必需的。(2)奢侈基因

在某類(lèi)細(xì)胞中特異性表達(dá)的基因，這類(lèi)基因表達(dá)的產(chǎn)物賦予各種類(lèi)型細(xì)胞特定的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征與功能。如：卵清蛋白基因、胰島素基因、血紅蛋白基因如：ATP合成酶基因、呼吸酶基因、核糖體蛋白基因①核糖體蛋白基因②ATP合成酶基因

③血紅蛋白基因④卵清蛋白基因

⑤呼吸酶基因

⑥胰島素基因⑦抗體基因

⑧唾液淀粉酶基因?qū)儆诠芗一虻氖牵篲__________________屬于奢侈基因的是：___________________③④⑥⑦⑧①②⑤【針對(duì)訓(xùn)練3】根據(jù)管家基因與奢侈基因的定義，對(duì)下列基因進(jìn)行歸類(lèi)。【針對(duì)訓(xùn)練4】(不定項(xiàng))如圖為人體內(nèi)基因?qū)π誀畹目刂七^(guò)程，據(jù)圖分析，下列相關(guān)敘述正確的是()A.基因1和基因2一般不會(huì)出現(xiàn)在人體內(nèi)的同一個(gè)細(xì)胞中B．圖中過(guò)程①需要RNA聚合酶的催化，過(guò)程②不需要tRNA的協(xié)助C．過(guò)程④⑤的結(jié)果存在差異的直接原因是血紅蛋白結(jié)構(gòu)的不同D．過(guò)程①②③表明基因通過(guò)控制酶的合成來(lái)控制代謝過(guò)程，進(jìn)而控制生物體的性狀CD【針對(duì)訓(xùn)練5】細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果，下列關(guān)于基因的選擇性表達(dá)敘述正確的是()

A．不同的體細(xì)胞中表達(dá)的基因完全不同

B．基因的“沉默”可能與轉(zhuǎn)錄、翻譯有關(guān)

C．去除細(xì)胞中不表達(dá)的基因，不影響細(xì)胞的全能性

D．在受精卵中，所有的基因都處于表達(dá)狀態(tài)B不完全相同細(xì)胞具有全能性的原因：細(xì)胞內(nèi)含有本生物全套的遺傳信息【針對(duì)訓(xùn)練6】同一動(dòng)物個(gè)體的神經(jīng)細(xì)胞與肌細(xì)胞在功能上是不同的，造成這種差異的主要原因是()A．二者所處的細(xì)胞周期不同

B．二者合成的特定蛋白不同C．二者所含有的遺傳信息不同

D．二者核DNA的含量不同【針對(duì)訓(xùn)練7】同一個(gè)體中，在所有細(xì)胞中都表達(dá)的一類(lèi)基因，稱(chēng)為管家基因，只在某類(lèi)細(xì)胞中特異性表達(dá)的基因稱(chēng)為奢侈基因。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A．管家基因指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)是維持細(xì)胞生命活動(dòng)所必需的B．奢侈基因表達(dá)的產(chǎn)物賦予細(xì)胞特定的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能C．所有細(xì)胞中都含有管家基因，但只有部分細(xì)胞含有奢侈基因D．奢侈基因能表達(dá)說(shuō)明細(xì)胞已發(fā)生了分化BC

小結(jié)：基因種類(lèi)相同表達(dá)類(lèi)型只在某類(lèi)細(xì)胞中特異性表達(dá)的基因所有細(xì)胞都表達(dá)的基因管家基因奢侈基因該類(lèi)基因指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)是維持細(xì)胞基本生命活動(dòng)所必需核糖體蛋白基因ATP合成酶基因卵清蛋白基因胰島素基因基因的選擇性表達(dá)與基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)細(xì)胞分化變不變DNA、tRNA、rRNA細(xì)胞的數(shù)目mRNA、蛋白質(zhì)的種類(lèi)細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能生物體形成多種性狀基因什么時(shí)候表達(dá)基因在哪種細(xì)胞中表達(dá)基因表達(dá)水平的高低調(diào)控基因是否表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)多少基因表達(dá)的調(diào)控直接影響性狀實(shí)例分析1：柳穿魚(yú)的花的形態(tài)結(jié)構(gòu)遺傳植株A植株BLcyc基因（二者體內(nèi)的Lcyc基因的序列相同）Lcyc基因無(wú)甲基化開(kāi)花時(shí)Lcyc基因表達(dá)開(kāi)花時(shí)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))DNA甲基化是指在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMT）的催化作用下，將甲基（-CH3)轉(zhuǎn)移到DNA分子胞嘧啶堿基上，將其修飾成為5-甲基胞嘧啶的反應(yīng)過(guò)程，一般發(fā)生于CG二核苷酸序列處。甲基化不改變DNA堿基序列，只是對(duì)堿基進(jìn)行修飾，從而抑制基因的表達(dá)。

植株A植株BP×F1植株A×F2植株A植株B（少部分）思考(1)：F1的花為什么與植株A的相似?F1植株同時(shí)含有來(lái)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基因由于部分堿基被甲基化，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(2)：為什么F1自交的F2中少部分植株的花與植株B的相似?F1自交后，F(xiàn)2中有少部分植株含有兩個(gè)來(lái)自植株B的Lcyc基因，由于該基因的部分堿基被甲基化，基因表達(dá)受到抑制，因此，這部分植株的花與植株B相似。思考(3)：Lcyc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(shuō)明Lcyc基因的高度甲基化修飾能夠遺傳。植株A植株BP×F1植株A×F2植株A植株B（少部分）實(shí)例分析2：小鼠毛色的遺傳AvyAvyPXF1aaAvya體色表現(xiàn)出不同的毛色：介于黃色和黑色之間的一系列過(guò)渡類(lèi)型。無(wú)甲基化，Avy基因正常表達(dá)，黃色部分甲基化，Avy基因表達(dá)受抑制，毛色加深甲基化程度高，Avy基因表達(dá)被抑制更明顯，毛色更深A(yù)vy基因Avy基因甲基甲基前端前端前端研究表明：Avy基因思考(4)：資料1和資料2展示的遺傳現(xiàn)象有什么共同點(diǎn)？植株B開(kāi)花時(shí)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))無(wú)甲基化，Avy基因正常表達(dá)，黃色部分甲基化，Avy基因表達(dá)受抑制，毛色加深A(yù)vy基因Avy基因甲基甲基前端前端前端Avy基因甲基化程度高，Avy基因表達(dá)被抑制更明顯，毛色更深基因發(fā)生了甲基化修飾進(jìn)而對(duì)表型產(chǎn)生影響基因的堿基序列保持不變抑制了基因的表達(dá)并且可以遺傳給后代

表觀遺傳三.表觀遺傳3.特點(diǎn)：2.發(fā)生時(shí)期：1.概念：保持不變基因表達(dá)表型可遺傳變化①DNA堿基序列不改變。②普遍性。③可遺傳性。即這類(lèi)改變通過(guò)有絲分裂或減數(shù)分裂，能在細(xì)胞個(gè)體間遺傳。④可逆性。甲基化時(shí)，可影響基因的表達(dá)；去甲基化時(shí)，可恢復(fù)基因的表達(dá)。⑤受環(huán)境影響。健康提示：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，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(xí)慣被消除，這些表觀遺傳的改變又會(huì)逐漸減弱甚至消失。

生物體基因的堿基序列__________，但__________和_______發(fā)生______________的現(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(guò)程中。4.表觀遺傳的實(shí)例：蜂王和工蜂的差異同卵雙胞胎間差異基因組成相同的同卵雙胞胎所具有的微小差異就與甲基化有關(guān)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。5.三種常見(jiàn)的調(diào)控機(jī)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；*主要影響轉(zhuǎn)錄；探究任務(wù)一：閱讀課本P75針對(duì)出現(xiàn)殘翅果蠅的原因提出假說(shuō)，進(jìn)行解釋。提示：翅的發(fā)育需要經(jīng)過(guò)酶催化的反應(yīng)，酶是在基因指導(dǎo)下合成的，酶的活性受溫度、pH等條件影響。25℃下培養(yǎng)它們產(chǎn)生的后代剛孵化的殘翅果蠅幼蟲(chóng)31℃下培養(yǎng)得到了一些翅長(zhǎng)接近正常的果蠅成蟲(chóng)仍然是殘翅果蠅：由環(huán)境變化引起的性狀變化，遺傳物質(zhì)不變，不可遺傳。四.表型模擬四、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(kāi)花的調(diào)控，而且對(duì)水稻的生長(zhǎng)、發(fā)育和產(chǎn)量都有重要的作用。如人的身高是由多個(gè)基因決定的，其中每個(gè)基因?qū)ι砀叨加幸欢ǖ淖饔??；蛲ㄟ^(guò)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(guò)表觀遺傳，導(dǎo)致產(chǎn)生性狀差異。環(huán)境外因:一個(gè)基因影響一個(gè)性狀。一個(gè)基因可以影響多個(gè)性狀。多個(gè)基因影響一個(gè)性狀。內(nèi)因:表型=基因型+環(huán)境條件由環(huán)境變化引起的性狀改變可遺傳不可遺傳五.基因與性狀的對(duì)應(yīng)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建：基因表達(dá)與性狀的關(guān)系1.基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因通過(guò)控制____的合成來(lái)控制生物代謝過(guò)程，進(jìn)而控制生物性狀（2）基因通過(guò)控制_________的結(jié)構(gòu)直接控制生物性狀（1）基因與性狀并不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系（2）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3.表觀遺傳：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)生可遺傳變化酶蛋白質(zhì)2.基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化4、基因與性狀的關(guān)系：細(xì)胞分化的本質(zhì)就是基因的選擇性表達(dá)【典例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【針對(duì)訓(xùn)練2】下列關(guān)于基因與性狀關(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．基因能通過(guò)控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀C．生物體的性狀是由基因決定的，但會(huì)受到環(huán)境等因素的影響D．若基因的堿基序列保持不變，表型不會(huì)發(fā)生可遺傳的變化CD

D3、牽?；ǖ念伾饕怯苫ㄇ嗨貨Q定的，如圖為花青素的合成與顏色變化途徑示意圖，從圖中不能得出

(

)A.花的顏色由多對(duì)基因共同控制B.基因可以通過(guò)控制酶的合成來(lái)控制代謝過(guò)程C.生物體的性狀由基因決定，也受環(huán)境影響D.若基因①不表達(dá)，則基因②和基因③也不表達(dá)一、概念檢測(cè)1．(1)×

(2)√2．C二、拓展應(yīng)用練習(xí)與應(yīng)用P751.這種說(shuō)法有一定的道理?；蛲ǔＪ怯羞z傳效應(yīng)的DNA片段,DNA上特定的堿基排列順序、蘊(yùn)含著一定的遺傳信息,可類(lèi)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(lèi)比成執(zhí)行者(演員):而性狀則是生物體表現(xiàn)出來(lái)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(lèi)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(shuō)有一定的道理。三者之間的關(guān)系是:基因通過(guò)控制蛋白質(zhì)的合成控制生物體的性狀。2.(1)第一,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,存在多對(duì)基因控制一對(duì)性狀和一對(duì)基因控制多對(duì)性狀的情形;第二,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(dǎo)致這些基因控制的性狀不遵循自由組合定律;第三,某些植物無(wú)性生殖,性狀傳遞也不遵循孟德?tīng)栠z傳規(guī)律;第四,個(gè)別性狀可能是細(xì)胞質(zhì)基因控制或與母本提供的細(xì)胞質(zhì)成分有關(guān)。(2)科學(xué)實(shí)驗(yàn)必須是可重復(fù)的,只有這樣才能說(shuō)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?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性包括兩方面:第一,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);第二,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(wú)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