4.2基因表達(dá)與性狀的關(guān)系2表觀遺傳高一下學(xué)期生物人教版必修2

深圳市寶安第一外國(guó)語(yǔ)學(xué)校（集團(tuán)）高中部Bao’anNo.1ForeignLanguageSchool（Group）必修2?第四章?基因的表達(dá)第2節(jié)基因表達(dá)與性狀的關(guān)系（第2課時(shí)）探究一：理解DNA甲基化影響基因表達(dá)資料1：2型糖尿病患者胰島素的靶細(xì)胞（肌肉、肝臟、脂肪細(xì)胞）對(duì)于胰島素的作用不敏感，且胰島素分泌量下降。經(jīng)過(guò)對(duì)患者基因進(jìn)行測(cè)序，發(fā)現(xiàn)未發(fā)生基因序列的改變，但胰島、脂肪、骨骼肌和肝臟等組織中發(fā)現(xiàn)了一系列相關(guān)基因甲基化。其中包括編碼胰島素的基因INS。從圖文中提取關(guān)鍵詞，用箭頭表示INS基因甲基化參與2型糖尿病可能的機(jī)制INS甲基化INS的mRNA減少胰島素合成減少胰島素分泌減少【探究1】什么是甲基化？它如何影響基因的表達(dá)？探究一：理解DNA甲基化影響基因表達(dá)資料2：基因啟動(dòng)子富含CG堿基對(duì)序列處（CpG島）的胞嘧啶C甲基化形成5-羥甲基胞嘧啶（5mC），CpG島的甲基化在空間上阻礙RNA聚合酶與DNA結(jié)合。從圖文中提取關(guān)鍵詞，用流程圖表示INS基因甲基化影響其表達(dá)的機(jī)制探究一：理解DNA甲基化影響基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄被抑制CpG島甲基化染色質(zhì)凝縮抑制RNA聚合酶結(jié)合DNA如何驗(yàn)證DNA甲基化抑制了轉(zhuǎn)錄？INS的mRNA減少檢測(cè)胰腺細(xì)胞中的INS的mRNA含量

探究一：理解DNA甲基化影響基因表達(dá)1.參與DNA甲基化調(diào)控的酶有哪些？其作用分別是什么？DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶（包括維持甲基化酶和從頭甲基化酶），使胞嘧啶加上甲基；去甲基化酶，使甲基化的胞嘧啶去掉甲基。探究一：理解DNA甲基化影響基因表達(dá)資料3：為研究糖尿病代際遺傳機(jī)制，科研人員建立雌性小鼠糖尿病模型，將其卵母細(xì)胞取出后進(jìn)行體外受精和胚胎移植，由健康雌鼠代孕代育。結(jié)果顯示子代小鼠糖耐量受損。經(jīng)檢測(cè)，糖尿病雌鼠體內(nèi)的高糖環(huán)境，讓卵母細(xì)胞中具有的去甲基化酶TET3劑量不足，包括葡萄糖激酶Gck等一系列胰島素分泌基因的啟動(dòng)子呈現(xiàn)高甲基化狀態(tài)。子代胰島中Gck等基因的高甲基化導(dǎo)致了胰島素分泌不足，降血糖能力下降，隨著年齡的增長(zhǎng)，增加了糖尿病的易感性。子代患病概率父母皆為患者父親正常母親患者父親患者母親正常糖尿病50%14%14%紅綠色盲100%25%0%糖尿病VS紅綠色盲遺傳性數(shù)據(jù)2.環(huán)境會(huì)影響甲基化嗎？會(huì)。高糖環(huán)境影響卵母細(xì)胞中去甲基化酶含量臨床十分需要生物標(biāo)志來(lái)預(yù)測(cè)2型糖尿病并發(fā)癥及其治療反應(yīng)。血液中可以很容易地分析DNA甲基化，一些研究已探究了血細(xì)胞中DNA甲基化與疾病的發(fā)生密切相關(guān)，而這些標(biāo)志未來(lái)有望應(yīng)用于肥胖和2型糖尿病的精準(zhǔn)醫(yī)療中。DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑積極治療：藥物開發(fā)3.甲基化能遺傳嗎？據(jù)此提出治療2型糖尿病的思路?？蛇z傳，但不完全遺傳DNA甲基化的特點(diǎn)：1.生物體的堿基序列保持不變2.通過(guò)影響轉(zhuǎn)錄過(guò)程影響了基因表達(dá)，進(jìn)而影響表型3.可以遺傳給后代，但不完全遺傳4.在酶的作用下調(diào)控5.甲基化受環(huán)境影響小結(jié)除了甲基化，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)資料1：組蛋白富含堿性氨基酸，纏繞DNA組成核小體進(jìn)一步構(gòu)成染色質(zhì)，組蛋白N端延伸至核小體外形成一條“尾巴”，其上的一些氨基酸殘基在相應(yīng)酶催化下被化學(xué)修飾，包括甲基化、磷酸化、乙?；榷喾N形式。探究二：表觀遺傳的其他調(diào)控機(jī)制-組蛋白的修飾觀看視頻，說(shuō)出組蛋白乙?；绾斡绊懟虮磉_(dá)1.組蛋白修飾影響基因表達(dá)的機(jī)制？通過(guò)使染色質(zhì)松散或凝縮從而在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控基因的表達(dá)2.參與組蛋白修飾的酶有哪些？其作用分別是什么？組蛋白乙?；甘菇M蛋白乙?；?，進(jìn)而使染色質(zhì)開放；組蛋白去乙?；阜粗骄慷罕碛^遺傳的其他調(diào)控機(jī)制-組蛋白的修飾資料2：組蛋白修飾可影響胰島B細(xì)胞功能和胰島素抵抗。其修飾需相關(guān)酶如組蛋白乙?；负徒M蛋白脫乙酰酶的作用組蛋白去乙?；敢种苿┓e極治療：藥物開發(fā)資料2：胰島素受體啟動(dòng)子區(qū)H3K9乙?；脚c該基因的表達(dá)水平呈正相關(guān)關(guān)系，H3K9的乙?；缴险{(diào)會(huì)間接促使胰島B細(xì)胞（能合成分泌胰島素的細(xì)胞）增殖。依據(jù)中心法則，基因的表達(dá)還能在哪個(gè)方面被調(diào)控呢？翻譯水平調(diào)控基因的表達(dá)3.據(jù)此提出治療2型糖尿病的思路促進(jìn)組蛋白乙?；福┵Y料1：miR-375是最早被證實(shí)與糖尿病相關(guān)的非編碼RNA，高表達(dá)于胰腺組織，且胰島B細(xì)胞中過(guò)高的miR-375水平會(huì)抑制胰島素的分泌，但過(guò)低的miR-375水平又會(huì)導(dǎo)致胰島B細(xì)胞（可分泌胰島素）數(shù)量下降，即控制胰島B細(xì)胞增殖與功能的平衡。DNADNAmRNA非編碼RNA蛋白質(zhì)阻止翻譯(抑制基因表達(dá))互補(bǔ)配對(duì)如下圖所示的一種非編碼RNA1.據(jù)圖回答，miR-375如何影響胰島素的分泌？探究三：表觀遺傳調(diào)控機(jī)制——非編碼RNA干擾miR375與編碼胰島素的mRNA互補(bǔ)配對(duì)，阻止翻譯，從而抑制基因表達(dá)資料2：微小RNA（miRNA）是一類由內(nèi)源基因編碼的非編碼單鏈小分子RNA，研究表明miRNA可導(dǎo)致基因“沉默”，是參與細(xì)胞表觀遺傳調(diào)控的重要分子。miRNA的產(chǎn)生和作用機(jī)制如圖。資料1：miR-375是最早被證實(shí)與糖尿病相關(guān)的非編碼RNA，高表達(dá)于胰腺組織，且胰島B細(xì)胞中過(guò)高的miR-375水平會(huì)抑制胰島素的分泌，但過(guò)低的miR-375水平又會(huì)導(dǎo)致胰島B細(xì)胞（可分泌胰島素）數(shù)量下降，即控制胰島B細(xì)胞增殖與功能的平衡。DNADNAmRNA非編碼RNA蛋白質(zhì)阻止翻譯(抑制基因表達(dá))互補(bǔ)配對(duì)如下圖所示的一種非編碼RNA2.推測(cè)患者體內(nèi)的miR-375表達(dá)量？3.結(jié)合該機(jī)制提出治療糖尿病思路探究三：表觀遺傳調(diào)控機(jī)制——非編碼RNA干擾患者miR375要么過(guò)高直接使胰島素分泌下降，要么過(guò)低使胰島B細(xì)胞數(shù)量下降從而減少胰島素分泌量檢測(cè)患者miR-375水平，進(jìn)而抑制或促進(jìn)其表達(dá)資料2:科學(xué)家依據(jù)miRNA作用機(jī)制發(fā)明了雙鏈RNA干擾技術(shù)，向糖尿病模型小鼠體內(nèi)注射DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶（DNMT）基因的miRNA，測(cè)定72h內(nèi)細(xì)胞中DNMTmRNA含量和DNMT3活性，結(jié)果如下表分析回答：本實(shí)驗(yàn)中，自變量是

，

因變量是

胰島、脂肪、骨骼肌和肝臟等組織中發(fā)現(xiàn)了一系列相關(guān)基因甲基化。注入miRNA與否，時(shí)間探究三：表觀遺傳調(diào)控機(jī)制——非編碼RNA干擾DNMT的mRNA含量和DNMT的含量分組及檢測(cè)指標(biāo)24h48h72h對(duì)照組DNMTmRNA含量（相對(duì)）35.333.330.2酶促反應(yīng)速率(mmol/min)0.400.380.36實(shí)驗(yàn)組DNMTmRNA含量（相對(duì)）28.315.45.7酶促反應(yīng)速率(mmol/min)0.260.110.02注：酶促反應(yīng)速率與DNMT含量正相關(guān)資料2:科學(xué)家依據(jù)miRNA作用機(jī)制發(fā)明了雙鏈RNA干擾技術(shù)，向糖尿病模型小鼠體內(nèi)注射DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶（DNMT）基因的miRNA，測(cè)定72h內(nèi)細(xì)胞中DNMTmRNA含量和DNMT3活性，結(jié)果如表分組及檢測(cè)指標(biāo)24h48h72h對(duì)照組DNMTmRNA含量（相對(duì)）35.333.330.2酶促反應(yīng)速率(mmol/min)0.400.380.36實(shí)驗(yàn)組DNMTmRNA含量（相對(duì)）28.315.45.7酶促反應(yīng)速率(mmol/min)0.260.110.02抑制探究三：表觀遺傳調(diào)控機(jī)制——非編碼RNA干擾結(jié)論是通過(guò)注射DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶（DNMT）基因的miRNA，（抑制或促進(jìn)）了DNA甲基化，且隨著作用時(shí)間延長(zhǎng)，

，從而緩解因相關(guān)基因甲基化而導(dǎo)致的糖代謝紊亂癥狀。注：酶促反應(yīng)速率與DNMT含量正相關(guān)miRNA作用效果增強(qiáng)治療前沿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)生可遺傳變化的現(xiàn)象，叫做表觀遺傳。DNAmRNA蛋白質(zhì)性狀轉(zhuǎn)錄翻譯體現(xiàn)堿基序列不變DNA甲基化組蛋白修飾（甲基化、乙?；┓蔷幋aRNA干擾可遺傳影響影響表觀遺傳表觀遺傳酶非編碼DNA序列生物體的性狀是由遺傳物質(zhì)和作用與遺傳物質(zhì)的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制等因素決定的環(huán)境因素對(duì)表觀遺傳的影響環(huán)境對(duì)性狀的影響有哪些方式？都能遺傳嗎？1.直接影響性狀，不影響遺傳物質(zhì)2.通過(guò)使遺傳物質(zhì)堿基序列改變從而影響性狀3.通過(guò)影響表觀遺傳進(jìn)而影響性狀經(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，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課堂小結(jié)影響酶結(jié)構(gòu)蛋白思維訓(xùn)練P75遺傳學(xué)家做過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)：果蠅幼蟲正常的培養(yǎng)溫度是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(zhǎng)接近正常的果蠅成蟲，這些翅長(zhǎng)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。分析以上實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，下列說(shuō)法不正確的是（）A．將剛孵化的殘翅果蠅幼蟲放在25℃的環(huán)境中培養(yǎng)，成蟲仍將是殘翅B．上述果蠅翅形變化的現(xiàn)象屬于表觀遺傳C．這種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可能是溫度影響了酶的活性造成的D．果蠅的翅形是基因和環(huán)境共同作用的結(jié)果B解密——柳穿魚花形態(tài)結(jié)構(gòu)的遺傳

柳穿魚是一種園林花卉。如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。

柳川魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)與Lcyc基因的表達(dá)直接相關(guān)。如圖所示的兩株柳穿魚，它們體內(nèi)的Lcyc基因的序列相同，只是植株A的Lcyc基因在開花時(shí)表達(dá)，植株B的Lcyc基因不表達(dá)。研究表明，植株B的Lcyc基因不表達(dá)的原因是它被高度甲基化了?？茖W(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(1)植株B的Lcyc基因因高度甲基化而不能與RNA聚合酶結(jié)合，直接導(dǎo)致Lcyc基因的

（填“轉(zhuǎn)錄”或“翻譯”）過(guò)程受阻。Lcyc基因高度甲基化

（填“屬于”或“不屬于”）基因突變。(2)根據(jù)植株A和B的雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：①F1植株的花形態(tài)結(jié)構(gòu)與植株A相似的原因是

②Lcyc基因的甲基化可以遺傳給后代，判斷的依據(jù)③若Lcyc基因甲基化不影響植株雌、雄配子功能及個(gè)體存活率，F(xiàn)2植株中花形態(tài)結(jié)構(gòu)為唇形花冠與輻射狀花冠的植株數(shù)量比例偏離3：1的原因可能是只有一部分高度甲基化的Lcyc基因遺傳給了后代F2中有些植株的花與植株B的相似F1中未甲基化的Lcyc基因能表達(dá)轉(zhuǎn)錄不屬于解密——柳穿魚花形態(tài)結(jié)構(gòu)的遺傳某品系小鼠的毛色受A基因控制，A基因上游一段序列的甲基化程度影響A基因表達(dá)，甲基化程度越高、小鼠毛色越深。為證明“孕期過(guò)量飲酒可以通過(guò)改變表觀遺傳修飾影響后代表型”，研究人員利用該品系小鼠設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)。組別實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及相關(guān)處理檢測(cè)指標(biāo)實(shí)驗(yàn)組若干剛受孕的雌鼠，每天攝入一定量