5.1基因突變和基因重組課件-高一下學期生物人教版（2019）必修2

1、問題探討我國早在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)境誘導發(fā)生基因突變，然后進行地面選擇優(yōu)良的品種進行培育。討論：1.航天育種的生物學原理是什么？2.基因突變是如何產(chǎn)生的？基因突變這些變化可能對生物體產(chǎn)生什么影響?在太空的特殊環(huán)境中，細胞分裂前的間期進行DNA復制時，因受到高輻射或微重力（或無重力）影響，配對的堿基容易出現(xiàn)差錯而發(fā)生基因突變。基因重組和基因突變第五章第一節(jié)一、基因突變的實例1、鐮狀細胞貧血（鐮刀型細胞貧血癥） 1910年赫里克醫(yī)生接診了一位黑人貧血病患者。所有治療貧血病的藥物對他無效。鏡檢時發(fā)現(xiàn)其紅細胞不是正常的圓餅狀，而是鐮刀形，

2、后稱之鐮刀型細胞貧血癥。這種病的病因是什么呢？正常堿基序列片段mRNA異常堿基序列片段mRNA分析研究發(fā)現(xiàn)，在組成血紅蛋白分子的肽鏈上發(fā)生了氨基酸的替換。纈氨酸組氨酸亮氨酸蘇氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸賴氨酸纈氨酸組氨酸亮氨酸蘇氨酸脯氨酸谷氨酸賴氨酸纈氨酸正常血紅蛋白部分氨基酸序列異常血紅蛋白部分氨基酸序列直接病因： 谷氨酸 纈氨酸發(fā)生了一個氨基酸的替換谷氨酸為什么會換成了纈氨酸？mRNA上的密碼子發(fā)生了改變mRNA上的密碼子又為什么會改變？鐮狀細胞貧血形成的原因鐮狀細胞貧血形成的原因由于編碼血紅蛋白的基因的堿基對發(fā)生_，導致基因的堿基序列的改變，從而引起性狀的改變。鐮狀細胞貧血形成的原因 圖中谷氨

3、酸發(fā)生了改變，變成了纈氨酸。1、圖52中氨基酸發(fā)生了什么變化？2、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。右圖是鐮狀細胞貧血病因的圖解，請你完成圖解。兩面凹的圓餅狀GAGCTCGAG谷氨酸正常GGCCGG纈氨酸TAU異常鐮刀狀性狀DNAmRNA氨基酸蛋白質(zhì)模板鏈替換根本病因：鐮狀細胞貧血形成的原因發(fā)生了基因突變3.THE CAT ON THE MAT.1.THE KAT SAT ON THE MAT.2.THE HAT SAT ON THE MAT. 幾位同學在抄寫英語句子“THE CAT SAT ON THE MAT”（貓坐在草席上）時，分別抄成了下圖中的句

4、子。請將抄寫的句子與原句進行比較，看看意思發(fā)生了哪些變化?THE CAT SAT ON THE MAT.貓坐在草席上。凱特坐在草席上。帽子坐在草席上。貓在草席上。SAT4.THE LITTLE CAT SAT ON THE MAT.小貓坐在草席上。DNA復制時，如果發(fā)生類似錯誤，DNA攜帶的遺傳信息將會發(fā)生怎樣的變化？2、基因突變(1)概念：增添缺失替換AATTCGGCGATCCGGCAATTCGGCTATACGGCATAATTCGGCATCGGCDNA分子中發(fā)生堿基的替換、增添或缺失，而引起的基因堿基序列的改變。DNAA U C C G C A U U C G C 異亮氨酸精氨酸異亮氨酸mR

5、NA A T C C G C T A G G C G 正常 T A A G C G A T T C G C 堿基對替換精氨酸 堿基對替換一定會導致蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變嗎？結(jié)論：一個堿基對的替換可引起一個氨基酸的改變或不引起氨基酸改變密碼子的簡并性探究1：探究2若基因發(fā)生一個堿基的增添或缺失，多肽的氨基酸序列 是否也會發(fā)生改變？肽鏈長度呢？性狀呢？若插入C結(jié)論：轉(zhuǎn)錄時造成插入或缺失點以后的堿基序列發(fā)生改變，進而導致多肽的長度以及氨基酸序列發(fā)生改變。丟失T還可使肽鏈變“長”或變“短”思考：基因突變在光學顯微鏡下是否可見？怎么知道基因發(fā)生突變了呢？可參考書P62DNA雜交技術(shù) 探究3基因突變使基因的“位

6、置”或“數(shù)目”發(fā)生改變嘛？不會 基因突變僅改變了基因內(nèi)部結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了新基因，并未改變基因位置，也未改變基因數(shù)量，基因猶在，只是“以舊換新”，并非“基因缺失”?；蛲蛔兊慕Y(jié)果產(chǎn)生了新基因，與原基因互為等位基因。aA同源染色體隱性突變 顯性突變基因突變的時間呢？突變的基因如何傳給子代？主要發(fā)生在分裂間期（DNA復制時）A.有絲分裂間期體細胞（一般不能傳給子代）有些植物可通過無性繁殖B.減數(shù)分裂前的間期生殖細胞（能傳給子代）可遵循遺傳定律此時，DNA雙螺旋打開，穩(wěn)定性大大降低，易受到外界因素的干擾而發(fā)生復制錯誤3.細胞癌變抑癌基因突變原癌基因突變抑癌基因突變抑癌基因突變癌癌細胞轉(zhuǎn)移正常結(jié)腸上皮細胞討

7、論：（1）從基因角度看，結(jié)腸癌發(fā)生的原因是什么？（2）健康人的細胞中存在原癌基因和抑癌基因嗎？它們的作用是什么？（3）根據(jù)圖示推測，癌細胞和正常細胞相比，具有哪些明顯的特征？相關(guān)基因（包括抑癌基因、和原癌基因）發(fā)生了突變，導致細胞分裂失控癌癥的發(fā)生是多個基因突變的累計效應細胞癌變原因分析原癌基因抑癌基因調(diào)節(jié)細胞周期，控制細胞正常生長增殖正常表達產(chǎn)物過量表達突變表觀遺傳修飾不表達正常表達產(chǎn)物阻止細胞不正常的增殖/促進細胞凋亡表達產(chǎn)物的量過高表達產(chǎn)物的量過低表達產(chǎn)物活性過低可能致癌因子突變表觀遺傳修飾細胞癌變可能癌基因特別提醒：癌癥發(fā)生常需要多個基因的突變或表觀遺傳修飾（也有些癌癥的發(fā)生只涉及一個

8、基因的突變），因此癌癥多發(fā)于老年人，且有家族聚集現(xiàn)象。家族中有癌癥病例時更需要關(guān)注癌癥的預防。常見的致癌因子物理致癌因子：化學致癌因子：病毒致癌因子：主要指輻射，如紫外線，X射線等。種類眾多，無機化合物如石棉、砷化物等；有機化合物如亞硝胺（亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化而來）、黃曲霉素等。指的是能使細胞發(fā)生癌變的病毒。如Rous肉瘤病毒，可以將自身的致癌核酸序列整合進入人的基因組，從而誘發(fā)人的細胞癌變。與社會的聯(lián)系 在癌癥發(fā)生的早期，患者往往不表現(xiàn)出任何癥狀，因而難以及時發(fā)現(xiàn)；而對于癌癥晚期的患者，目前還缺少有效的治療手段，因此，要避免癌癥的發(fā)生，致癌因子是導致癌癥的重要因素，在日常生活中應遠離致癌因子，選擇健

9、康的生活方式。 堅持健康的生活方式，遠離致癌因子。合理的膳食和作息，愉快的情緒，不吸煙、不酗酒。癌癥的預防致癌食物：發(fā)霉的、熏制的、燒烤食品中含較高致癌物質(zhì)食物中的防癌物質(zhì)：大豆、動物肝臟含有的大量維生素A；蔬菜水果富含的維生素C，維生素E，胡蘿卜素；綠茶富含多元酚細胞分裂失控，從而能無限增殖 形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能發(fā)生改變細胞膜上糖蛋白減少，細胞間黏著性降低，易轉(zhuǎn)移擴散說一說：癌細胞的定義與特征？定義：有的細胞受致癌因子的影響，細胞中的遺傳物質(zhì)發(fā)生變化，變成不受機體控制、連續(xù)進行分裂的惡性增殖細胞。特征：正常的成纖維細胞癌變后的成纖維細胞(1)外因:誘發(fā)突變?nèi)缒承┎《镜倪z傳物質(zhì)等（影響宿主細胞的D

10、NA）物理因素:如紫外線、X射線等（損傷DNA）化學因素:如亞硝酸鹽、堿基類似物等（改變堿基）生物因素:(2)內(nèi)因:自發(fā)突變DNA復制偶爾發(fā)生錯誤等提高突變頻率二、基因突變的原因1.普遍性:細菌： 無抗藥性抗藥性棉花： 正常枝短果枝 果蠅： 紅眼白眼 長翅殘翅家鴿： 羽毛白色灰紅色人 ： 正常色覺色盲 正常膚色白化病病毒、原核和真核生物均能發(fā)生基因突變的特點所有生物均可發(fā)生基因突變。果蠅的紅眼和白眼性成熟的植株胚幼苗具根莖葉的植株分化出花芽的植株受精卵2.隨機性：發(fā)生時間：生物個體發(fā)育的任何時期均可發(fā)生。發(fā)生部位：任何細胞的任何DNA分子的任何部位。3.不定向性：一個基因可以發(fā)生不同的突變，產(chǎn)

11、生一個以上的等位基因；灰色白色黑色黃色3.不定向性：突變的方向與環(huán)境也沒有明確因果關(guān)系。一個基因可以向不同方向發(fā)生突變產(chǎn)生新基因，是原來基因的等位基因，還可能發(fā)生回復突變。提醒：基因突變未改變基因的數(shù)目和在染色體上的位置，只改變基因堿基序列，產(chǎn)生新的基因。 大多數(shù)基因突變對生物體是有害的，只有少數(shù)是有利的，有些既無害也無益?；蛲蛔兟蚀竽c桿菌組氨酸缺陷型基因210-6玉米的皺縮基因110-6小鼠的白化基因110-5人類色盲基因310-54.低頻性：自然狀態(tài)下，基因突變頻率很低。5.多害少利性： 不改變基因在染色體上的位置和基因的數(shù)量。Q2.基因突變一定會引起遺傳信息的改變嗎？Q3.堿基對改變一

12、定會導致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變嗎？Q1.基因突變會改變基因在染色體上的位置和染色體上基因的數(shù)量嗎？產(chǎn)生了新的基因等位基因一定隱性突變顯性突變AaaA思考：不一定Q4.基因突變一定會導致生物性狀的改變嗎？基因突變不一定導致生物性狀改變原因如下:(1)基因突變發(fā)生在非編碼序列部分(2)基因突變后對應的密碼子與原密碼子決定的是同一種氨基酸。(3)基因突變?yōu)殡[性突變，如AAAa，不導致性狀的改變。原密碼子亮氨酸UUA突變密碼子UUG基因突變的結(jié)果產(chǎn)生新的等位基因，可以產(chǎn)生新性狀思考：基因突變改變的是什么？不變的是什么？可能改變的是什么？基因的種類、結(jié)構(gòu)基因的數(shù)量、位置生物的性狀三、基因突變的意義產(chǎn)生新基因的

13、途徑生物變異的根本來源生物進化的原始材料形成新性狀基因突變生物變異的根本來源產(chǎn)生新基因生物進化的原始材料(往往是等位基因）1. 下列細胞或生物中容易發(fā)生基因突變的是（ ） 洋蔥根尖生長點細胞 洋蔥表皮細胞 硝化細菌 T2噬菌體 人的神經(jīng)細胞 人的骨髓細胞 藍藻 人的精原細胞 A. B. C. D. B練一練2. 原核生物中某一基因的編碼區(qū)起始端插入了一個堿基對。在插入位點的附近，再發(fā)生下列哪種情況，有可能對其編碼的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)影響最小( )DA.置換1個堿基對 B.增加1個堿基對C.缺失3個堿基對 D.缺失4個堿基對練一練3. 口腔癌好發(fā)于舌頭、牙齦、頰等部位，其發(fā)生常與p16NK4a等多個阻止

14、細胞不正常增殖的基因中片段缺失導致的功能缺陷直接相關(guān)。癌細胞在氧充足的條件下主要還是通過無氧呼吸獲取能量。下列有關(guān)敘述中錯誤的是（） A. 正常細胞與癌細胞的遺傳物質(zhì)相同，但表達的基因不完全相同B. 癌細胞的細胞膜上轉(zhuǎn)運葡萄糖的載體蛋白的數(shù)量明顯多于正常細胞C. p16NK4a 基因?qū)儆谝职┗駾. 長期食用發(fā)霉食品、焦慮的情緒等都會增加患癌風險A 練一練 我們和我們的父母有很大的不同,這種變異是怎么產(chǎn)生的?全是基因突變的結(jié)果嗎? 1、概念：生物體在有性生殖過程中，控制不同性狀的基因重新組合。?變異原因一？控制不同性狀的基因自由組合(減I后期） 減數(shù)分裂？受精作用？四、基因重組YYyyrrYY

15、RRYRyyrryryrYRRRrrYYRRyyYrrRrRYr漢水丑生侯偉作品非同源染色體上的非等位基因自由組合(減I后期）產(chǎn)生的配子種類及比例：YR : yr : Yr : yR = 1：1：1：1原因一：AABaabBbAABaabbB減數(shù)分裂前期可產(chǎn)生的配子類型：_和_發(fā)生交叉互換后，可產(chǎn)生的配子類型為：_、_、_、_、即_時期_上的_隨_之間的互換而發(fā)生交換，導致染色單體上的基因重組四分體同源染色體等位基因非姐妹染色單體ABabABabAbaB原因二： 由此可見，基因重組發(fā)生于能進行有性生殖的生物中，并且僅發(fā)生在減數(shù)分裂過程中，有絲分裂不存在基因重組；溫馨提示：以上是狹義的基因重組，

16、認為原核生物不可能存在基因重組；但是廣義上的基因重組，還包括肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化（R型菌轉(zhuǎn)化成S型菌）以及轉(zhuǎn)基因技術(shù)基因重組的結(jié)果：是原有基因的重新組合，只能產(chǎn)生新的基因型和重組性狀，不能產(chǎn)生新基因和新性狀基因重組的意義：生物變異的來源之一，是形成生物多樣性的重要原因，對生物的進化也具有重要的意義。基因突變基因重組本質(zhì)結(jié)果發(fā)生時間原因條件意義可能基因結(jié)構(gòu)改變,產(chǎn)生新的基因不同基因重新組合，產(chǎn)生新的基因型主要在細胞分裂間期由于外界理化因素或自身生理因素引起的基因堿基對的替換、缺失或增添減數(shù)第一次分裂前期的四分體時期的交叉互換；減數(shù)第一次分裂后期，非同源染色體上的非等位基因自由組合。外界環(huán)境條件的變化和內(nèi)部因素的相互作用有性生殖過程中進行減數(shù)分裂形成生殖細胞新基因產(chǎn)生的途徑，是生物變異的根本來源,是生物進化的原始材料。是生物變異的重要來源，是形成生物多樣性的重要原因，對生物的進化也具有重要的意義突變頻率低，但普遍存在 有性生殖中非常普遍產(chǎn)生了新基因，出現(xiàn)了新性狀不產(chǎn)生新基因，而是產(chǎn)生新的基因型，使不同性狀重新組合 從1964年起，袁隆平就開始研究雜交水稻，到1975年，他研究出來的新品種就已經(jīng)在全國推廣，并取得了非同凡響的成果。此后十年內(nèi)中國雜交水稻累計增產(chǎn)超億噸，每年增產(chǎn)的大米可以多養(yǎng)活6000萬人。雜交水稻之父 袁隆平你知道培育