2020新教材高中生物第4章基因的表达第2节基因表达与性状的关系课件 人教版必修第二册 34页

第 2 节　基因表达与性状的关系 一、基因表达产物与性状的关系 (1) 基因可以通过控制 酶的合成 来控制 代谢过程 , 进而控制生物体的性状。 (2) 基因可以通过控制 蛋白质的结构 直接控制生物体的性状。 总之 , 基因对性状的控制是通过指导 蛋白质 的合成来实现的。图示如下 : 预习反馈 1 . 判断正误。 (1) 一个基因决定一种性状。 ( × ) (2) 生物的性状是基因和环境共同作用的结果。基因型相同 , 表现型相同 ; 基因型不同 , 表现型不同。 ( × ) (3) 基因与性状的关系是一对一的线性关系。 ( × ) (4) 生物体的一种性状有时受多个基因的影响。 ( √ ) 2 . 下图为人体内基因对性状的控制过程 , 分析可知 ( 　　 ) A. 基因 1 和基因 2 一般不会出现在人体内的同一个细胞中 B. 图中 ① 过程需 RNA 聚合酶的催化 , ② 过程不需 tRNA 的协助 C. ④⑤ 过程的结果存在差异的根本原因是血红蛋白结构的不同 D. 过程 ①②③ 表明基因通过控制酶的合成来控制代谢过程 , 进而控制生物体的性状 解析 : 基因 1 和基因 2 在人体的几乎所有细胞中都同时存在 ,A 项错误 ; ① 是转录 , 需要 RNA 聚合酶 , ② 是翻译 , 需要 tRNA 携带氨基酸 ,B 项错误 ; ④⑤ 过程的结果存在差异的根本原因是基因不同 ,C 项错误 ; 过程 ①②③ 表明基因通过控制酶的合成来控制代谢过程 , 进而控制生物体的性状 ,D 项正确。 答案 : D 二、基因的选择性表达与细胞分化 1 . 生物体多种性状的形成 , 都是以 细胞分化 为基础的。同一生物体中不同类型的细胞 , 基因都是相同的 , 但 形态、结构和功能 各不相同。 2 . 在不同类型的细胞中 , 表达的基因有两类。 (1) 在所有细胞中都表达的基因 , 指导合成的蛋白质是维持 细胞基本生命活动 所必需的 , 如 核糖体蛋白基因 、 ATP 合成酶基因 。 (2) 只在某类细胞中特异性表达的基因 , 如 卵清蛋白基因 、 胰岛素基因 等。 3 . 细胞分化的本质就是基因的选择性表达。 三、表观遗传 1 . 表观遗传是指生物体基因的 碱基序列 保持不变 , 但基因表达和表型发生 可遗传变化 的现象。 2 . 表观遗传现象普遍存在于生物体的 生长、发育和衰老 的整个生命活动过程中。 3 . 表观遗传的类型有 DNA 甲基化 、 组蛋白甲基化 和乙酰化等。 预习反馈 1 . 判断正误。 (1) 细胞分化形成的细胞一般会保持分化后的状态 , 不可逆转。 ( √ ) (2) 生物体内所有的细胞都要发生细胞分化。 ( × ) (3) 表观遗传现象由于基因的碱基序列没有改变 , 因此不会遗传给下一代。 ( × ) (4) 吸烟会影响基因的表达。 ( √ ) 2 . 细胞分化不同于细胞增殖的特点主要是 ( 　　 ) A. 细胞数量增多 B. 细胞体积增大 C. 细胞化学成分含量的变化 D. 能形成各种不同的细胞和组织 答案 : D 探究点一 探究点二 探究点三 基因对性状的控制 问题情景 豌豆的粒型有圆粒和皱粒 , 下图甲是皱粒豌豆的形成机理 ; 囊性纤维化是北美白种人中常见的一种遗传病 , 下图乙是该病的致病机理。 探究点一 探究点二 探究点三 结合资料讨论解决下列问题。 1 . 豌豆出现皱粒的直接原因是什么 ? 由此说明基因通过什么途径控制生物体的性状 ? 提示 : 豌豆出现皱粒的直接原因是淀粉分支酶异常 , 活性降低 , 导致淀粉含量低 , 淀粉在细胞内具有保水作用 , 当豌豆成熟后 , 淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩。外来 DNA 序列插入编码淀粉分支酶的基因 , 导致基因控制合成的淀粉分支酶异常 , 活性降低 , 进而使淀粉含量降低。因此 , 基因通过控制酶的合成来控制代谢过程 , 进而控制生物体的性状。 2 . 囊性纤维化患者的肺功能严重受损 , 其患病的直接原因和根本原因是什么 ? 由此说明基因通过什么途径控制生物体的性状 ? 提示 : 囊性纤维化的直接原因是 CFTR 蛋白结构异常 , 根本原因是编码 CFTR 蛋白的基因缺失 3 个碱基 , 发生了基因突变。通过囊性纤维化的致病机理可知 , 基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。 探究点一 探究点二 探究点三 归纳提升 基因控制性状的方式 (1) 直接方式 : ② 实例 : 囊性纤维病的病因。 (2) 间接方式 : ② 实例 : 白化病、豌豆皱粒的形成原因。 探究点一 探究点二 探究点三 典例剖析 人类白化病和苯丙酮尿症是由于代谢异常引起的疾病 , 下图表示在人体代谢中产生这两类疾病的过程。由图中不能得出的结论是 ( 　　 ) A. 基因可以通过控制蛋白质的结构来控制生物的性状 B. 基因可以通过控制酶的合成来控制生物的性状 C. 一个基因可以控制多种性状 D. 一个性状可以由多个基因控制 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 苯丙酮酸、多巴胺和黑色素的异常与酶的合成有密切的关系 , 而酶的合成是由基因控制的 ; 若基因 1 发生变化 , 则多巴胺和黑色素的合成都受影响 ; 多巴胺和黑色素的合成都受多个基因的控制。 答案 : A 探究点一 探究点二 探究点三 活学活练 1 . 下图为基因与性状之间的关系示意图 , 正确的选项是 ( 　　 ) A. ① 过程是转录 , 它以 DNA 的两条链为模板、四种核糖核苷酸为原料合成 mRNA B. ② 过程中只需要 mRNA 、氨基酸、核糖体、酶、 ATP 即可完成 C. 人的镰刀型细胞贫血症是基因通过控制蛋白质的结构直接控制性状 D. 某段 DNA 上发生了基因异常 , 则形成的 mRNA 、蛋白质一定会改变 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 转录只以 DNA 的一条链为模板 ,A 项错误 ; 翻译过程还需要 tRNA,B 项错误 ; 由于密码子的简并性 , 突变后对应的密码子和之前对应的密码子可能编码同一种氨基酸 , 基因突变不一定导致蛋白质改变 ,D 项错误。 答案 : C 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 下面为脉孢霉体内精氨酸的合成途径示意图 , 从图中可得出 ( 　　 ) A. 一种物质的合成只受一个基因的控制 B. 基因可通过控制酶的合成来控制代谢 C. 若基因 ② 不表达 , 则基因 ③ 和 ④ 也不表达 D. 若基因 ③ 不存在 , 则瓜氨酸仍可合成精氨酸琥珀酸 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 基因通过控制酶的合成来控制代谢过程 , 从而控制生物的性状。由示意图可知 , 精氨酸的合成需要酶 ①②③④ 的参与 , 而它们分别受基因 ①②③④ 的控制。基因具有一定的独立性 , 基因 ② 不表达时 , 基因 ③④ 仍可表达 , 只是无法合成精氨酸。若基因 ③ 不存在 , 酶 ③ 不能合成 , 则瓜氨酸 → 精氨酸琥珀酸的途径不能进行。 答案 : B 探究点一 探究点二 探究点三 基因的选择性表达与细胞分化 问题情景 科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞 , 对着 3 种细胞种的 DNA 和 mRNA 进行了检测 , 结果如下表。 　说明 :“+” 表示检测发现相应的分子 ,“-” 表示检测未发现相应的分子。 探究点一 探究点二 探究点三 1 . 这三种细胞中的基因组成是否相同 ? 它们合成的蛋白质种类是否相同 ? 提示 : 这三种细胞都属于鸡的体细胞 , 经有丝分裂而来 , 因此基因组成相同 , 但是它们合成的蛋白质种类不同。 2 . 三种细胞中都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因 , 但是只检测到了一种基因的 mRNA, 由此说明什么问题 ? 提示 : 在高度分化的体细胞中 , 基因是选择性表达的。同一个体不同种类的体细胞中 ,DNA( 基因 ) 相同 , 而 RNA 、蛋白质的种类不同。 探究点一 探究点二 探究点三 归纳提升 1 . 细胞分化的实质是基因的选择性表达。 同一生物的各种体细胞具有完全相同的遗传物质 , 但不同的体细胞中遗传信息的执行情况不同 , 即基因的选择性表达。 探究点一 探究点二 探究点三 (1) 从起源上看 , 甲、乙两种细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂增殖而来的 , 根据有丝分裂的特征 , 染色体经复制后平均分配到两个子细胞中 , 所以甲、乙中遗传信息是一样的。 (2) 从发育过程上看 , 不同细胞中遗传信息的执行情况不同 , 于是就产生了与不同细胞功能相适应的蛋白质。 2 . 基因的选择性表达与基因表达的调控有关。 探究点一 探究点二 探究点三 典例剖析 下图中甲、乙、丙分别表示某人体内的几种细胞 , 它们的形态、结构和功能各不相同的根本原因是 ( 　　 ) A.DNA 的结构不同 B. 遗传信息的表达情况不同 C. 遗传物质不同 D. 线粒体结构不同 解析 : 甲、乙、丙是由同一受精卵经过增殖、分化形成的 , 它们的遗传物质相同 ,DNA 的结构相同 , 线粒体的结构也相同。它们的形态、结构和功能各不相同的根本原因是基因的选择性表达 , 即遗传信息的表达情况不同。 答案 : B 探究点一 探究点二 探究点三 活学活练 1 . 下列四幅图表示人体细胞的生命现象 , 其中一定属于细胞分化的是 ( 　　 ) 解析 : 在个体发育中 , 由一个或一种细胞增殖产生的后代 , 在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程叫细胞分化 , 其结果是细胞的种类增加。图中 A 属于细胞生长 ,B 属于细胞分裂 ,C 属于受精作用 ,D 属于细胞分化。 答案 : D 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 下列关于细胞分化的说法 , 正确的是 ( 　　 ) ① 细胞分化是稳定的 , 而且一般是不可逆的　 ② 细胞分化后 , 细胞中的蛋白质不完全相同　 ③ 会出现细胞核遗传物质的改变　 ④ 细胞分化的实质是基因的选择性表达 A. ①②③ B. ①②④ C. ②③④ D. ①③④ 解析 : 细胞分化一般是不可逆性的 ; 因为基因的选择性表达 , 分化后的细胞中的蛋白质不完全相同 ; 细胞分化不会引起遗传物质的改变 ; 细胞分化的实质是基因的选择性表达。 答案 : B 探究点一 探究点二 探究点三 表观遗传 问题情景 结合教材 P73“ 思考 · 讨论 ” 提供的资料 , 讨论解决下列问题。 1 . 资料 1 中 , 柳穿鱼植株 A 和植株 B 体内的 Lcyc 基因的碱基序列是否相同 ? 为什么植株 A 、 B 的花形态结构出现差异 ? 提示 : 柳穿鱼植株 A 和植株 B 体内的 Lcyc 基因的碱基序列是相同的 , 由于植株 B 体内的 Lcyc 基因被高度甲基化 , 从而抑制表达。 2 . 植株 A 和植株 B 杂交后 ,F 1 的花为什么跟植株 A 相似 ?F 2 中为什么有些植株的花与植株 B 相似 ? 由此说明什么问题 ? 提示 : 植株 A 和植株 B 杂交后 ,F 1 体内成对的 Lcyc 基因 , 一个来自植株 A, 一个来自植株 B, 来自植株 B 的 Lcyc 基因由于甲基化不能表达 , 但来自植株 A 的 Lcyc 基因可正常表达 , 因而与 F 1 的花与植株 A 相似。 F 1 自交产生 F 2 , 发生性状分离现象 , 因而大部分与 A 相似 , 少部分与 B 相似。 探究点一 探究点二 探究点三 3 . 资料 2 中 ,F 1 小鼠基因型是 A vy a, 小鼠毛色为什么不是黄色而是表现出介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型 ? 提示 : 因为小鼠的 A vy a 基因的前端有多个可发生甲基化的位点 , 当 A vy a 基因发生甲基化后表达受抑制 , 并且甲基化程度越高 , 表达受抑制越明显 , 小鼠的毛色越深。 4 . 资料 1 和资料 2 展示的遗传现象有什么共性 ? 你对基因和性状的关系有什么新的认识 ? 提示 : 控制柳穿鱼花的形态和小鼠毛色的基因 , 其碱基序列没有发生改变 , 但是某些碱基发生了甲基化 , 从而影响了基因的表达。基因控制生物的性状 , 基因发生修饰后 , 虽然碱基序列没有改变 , 但可以影响到生物个体的性状 , 并且还可以遗传给下一代。 探究点一 探究点二 探究点三 【思考讨论】 同一株水毛茛 , 裸露在空气中的叶和浸在水中的叶 , 表现出了两种不同的形态。水中的叶比空气中的叶要细小狭长一些。水毛茛两种形态的叶 , 其细胞的基因组成一样吗 ? 叶形的差异是否是表观遗传的结果 ? 最可能是由什么因素引起的 ? 提示 : 水毛茛两种形态的叶 , 其细胞的基因组成是相同的 , 叶形的差异不是表观遗传的结果 , 因为同一株植株出现不同的叶型。最可能是环境因素导致的。 探究点一 探究点二 探究点三 归纳提升 1 .DNA 甲基化 :DNA 分子中的碱基被选择性加上甲基的现象。某个基因发生足够多的甲基化后 , 其转录会被阻止 , 从而被关闭。甲基化还可以被移除 , 基因就会被开启。 2 . 组蛋白修饰 : 组成染色体的蛋白质分为组蛋白和非组蛋白。其中组蛋白是决定染色体螺旋程度的重要因素 , 组蛋白常受到多种化学修饰 , 如甲基化、乙酰化等 , 被称为组蛋白修饰。组蛋白修饰可影响染色体螺旋化程度 , 从而抑制基因的表达。 3 . 表观遗传与环境因素影响出现的性状差异的区别。 受环境因素影响出现的性状差异在改变环境条件的情况下会发生变化 , 而表观遗传引起的性状差异不随环境变化而改变。 探究点一 探究点二 探究点三 4 . 基因与性状的关系。 (1) 生物体的绝大多数性状受单基因控制 , 但不是简单的一一对应关系。 (2) 生物体的有些性状是由多个基因决定的 , 如人的身高。 (3) 一个基因也可以影响多个性状 , 如水稻的 Ghd 7 基因不仅参与开花的调控 , 还对水稻的生长、发育和产量都有重要作用。 (4) 生物体的性状还受环境条件的影响 , 是生物的基因和环境条件共同作用的结果。 探究点一 探究点二 探究点三 典例剖析 下列属于表观遗传现象的有 ( 　　 ) ① 果蝇的眼色基因所在的染色体区域 , 螺旋程度较高 , 出现红白相间的斑点状复眼 ② F 1 高茎豌豆自交 ,F 2 出现高茎豌豆和矮茎豌豆 ③ 男性吸烟者精子中的 DNA 甲基化水平高 , 精子活力下降 ④ 编码酪氨酸酶的基因异常 , 导致白化病 A. ①④ B. ②③ C. ①③ D. ②④ 解析 : 果蝇的眼色基因所在的染色体区域 , 螺旋程度较高 , 会抑制相关基因的表达 , 从而出现红白相间的斑点状复眼 , 属于表观遗传 ;F 1 高茎豌豆自交 ,F 2 出现高茎豌豆和矮茎豌豆属于性状分离现象 ;DNA 甲基化导致出现表观遗传 ; 编码酪氨酸酶的基因异常 , 导致白化病 , 属于基因突变。 答案 : C 探究点一 探究点二 探究点三 活学活练 1 . 下列有关表观遗传的说法 , 正确的是 ( 　　 ) A. 基因的碱基序列不发生改变 B. 基因的表达过程不受影响 C. 生物性状发生不可遗传变异 D. 白化病就是一种表观遗传现象 解析 : 表观遗传中 , 基因的碱基序列不发生改变 , 但是基因的表达过程受抑制 , 属于可遗传的变异。白化病属于隐性基因控制的遗传病。 答案 : A 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 下列不属于表观遗传类型的是 ( 　　 ) A. 组蛋白甲基化 B.DNA 甲基化 C. 组蛋白乙酰化 D. 四分体中非姐妹染色单体交叉互换 解析 : 四分体中非姐妹染色单体交叉互换属于基因重组 , 不属于表观遗传类型。 答案 : D