【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)期生物人教版（2019）必修2

4.2基因表達(dá)與性狀的關(guān)系遺傳因子的發(fā)現(xiàn)基因的表達(dá)基因與染色體的關(guān)系基因的本質(zhì)基因突變及其他變異從雜交育種到基因工程現(xiàn)代生物進(jìn)化理論學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.舉例說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。問題探討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3.用概念圖表示基因與性狀之間可能的關(guān)系。性狀基因表達(dá)受精卵有絲分裂葉呈扁平狀與絲狀（基因組成相同）環(huán)境可能影響不同蛋白質(zhì)（不同）直接決定環(huán)境因素2.這兩種葉形的差異，可能是由什么因素引起的？※基因與性狀有何關(guān)系？請(qǐng)同學(xué)們自主閱讀資料1、2，思考并回答問題：

（一）基因?qū)π誀畹拈g接作用1.解釋豌豆為什么會(huì)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？探究一.基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系探究一.基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系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(dǎo)致淀粉分支酶出現(xiàn)異常，活性大大降低，進(jìn)而使細(xì)胞內(nèi)淀粉含量降低。淀粉在細(xì)胞中具有保留水分的作用。當(dāng)豌豆成熟時(shí)，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。資料1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?。如果一個(gè)人由于基因異常而缺少酪氨酸酶，那么這個(gè)人就不能合成黑色素，從而表現(xiàn)出白化癥狀。資料2探究一.基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因酶、激素等代謝過程表現(xiàn)型控制調(diào)節(jié)表現(xiàn)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)為白化編碼淀粉分支酶的基因被插入的DNA序列打亂淀粉合成受阻，含量降低淀粉分支酶異常，活性大大降低豌豆失水，表現(xiàn)為皺粒，甜（一）基因?qū)π誀畹拈g接作用結(jié)論：基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進(jìn)而控制生物體的性狀（間接作用）（二）基因?qū)π誀畹闹苯幼饔?.囊性纖維病、鐮狀細(xì)胞貧血癥的病因是什么？2.用文字和箭頭總結(jié)基因、蛋白質(zhì)與性狀之間的關(guān)系？3.通過以上實(shí)例基因如何控制控制生物的性狀？探究一.基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系請(qǐng)同學(xué)們自主閱讀資料3、4，思考并回答問題：

囊性纖維化氣管探究一.基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系在大約70％的囊性纖維化患者中，編碼CFTR蛋白（一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）的基因缺失了3個(gè)堿基，導(dǎo)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(yùn)氯離子的功能出現(xiàn)異常，導(dǎo)致患者支氣管中黏液增多，管腔受阻，細(xì)菌在肺部大量生長(zhǎng)繁殖，最終使肺功能嚴(yán)重受損。鐮狀細(xì)胞貧血是遺傳性血紅蛋白病，因基因突變，β鏈第6位氨基酸谷氨酸被纈氨酸代替，形成了異常的血紅蛋白S（HbS），取代了正常血紅蛋白（HbA），血紅蛋白在毛細(xì)血管區(qū)形成管狀凝膠結(jié)構(gòu)，使紅細(xì)胞扭曲成鐮刀狀，鐮狀紅細(xì)胞無法通過毛細(xì)血管，且血液黏滯度增大，阻塞毛細(xì)血管，引起局部組織器官缺血缺氧，從而導(dǎo)致本病。鐮變的紅細(xì)胞可發(fā)生溶血、堵塞毛細(xì)血管等，引起相關(guān)癥狀。資料3資料4探究一.基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的功能表現(xiàn)型控制影響表現(xiàn)編碼血紅蛋白的

基因中一個(gè)堿基對(duì)變化紅細(xì)胞成鐮刀型，運(yùn)輸O2能力降低血紅蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化容易破裂，患溶血性貧血編碼CFTR蛋白的基因缺失3個(gè)堿基CFTR轉(zhuǎn)運(yùn)氯離子的功能異常，支氣管粘液增多CFTR蛋白結(jié)構(gòu)異常，缺少苯丙氨酸粘液清除困難，肺功能嚴(yán)重受損（一）基因?qū)π誀畹闹苯幼饔媒Y(jié)論：基因還能通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)來直接控制生物體的性狀（直接作用）探究一.基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因酶細(xì)胞代謝生物性狀結(jié)構(gòu)蛋白生物性狀蛋白質(zhì)間接作用直接作用※所有的基因都表達(dá)嗎？

總結(jié)：基因是控制生物性狀的基本單位，而生物的性狀由蛋白質(zhì)來體現(xiàn)的。所以基因是通過指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成來控制生物的性狀的。探究二.基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化

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型的細(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，這是為什么呢？科學(xué)家提取了雞的輸卵管細(xì)胞、紅細(xì)胞（有細(xì)胞核）和胰島細(xì)胞，對(duì)這3種細(xì)胞中的DNA和mRNA進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果如下表所示資料5探究二.基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化檢測(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+++--+1.這3種細(xì)胞中合成的蛋白質(zhì)種類有什么差別？卵清蛋白只在輸卵管細(xì)胞中合成；珠蛋白只在紅細(xì)胞中合成；胰島素只在胰島細(xì)胞中合成。2.這3種細(xì)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(cè)到其中一種基因的mRNA，這一事實(shí)說明了什么？在不同細(xì)胞內(nèi)表達(dá)的基因不同，基因選擇性表達(dá)。探究二.基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化（一）不同細(xì)胞中表達(dá)基因的分類基因在所有細(xì)胞中都表達(dá)的基因，指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)是維持細(xì)胞基本生命活動(dòng)所必需的在某類細(xì)胞中特異性表達(dá)的基因，產(chǎn)物賦予各種類型細(xì)胞特定的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征與功能核糖體蛋白基因、ATP合成酶基因、呼吸酶基因卵清蛋白基因、胰島素基因、血紅蛋白基因管家基因奢侈基因（二）細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)基因選擇性表達(dá)基因的選擇性表達(dá)與基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)探究三.表觀遺傳基因什么時(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)多少如何調(diào)控？探究三.表觀遺傳1.資料中，柳穿魚和小鼠性狀改變的原因是什么？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？3.資料1和資料2展示的遺傳現(xiàn)象有什么共同點(diǎn)？這對(duì)你認(rèn)識(shí)基因和性狀的關(guān)系有什么啟示？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(diǎn)？請(qǐng)同學(xué)們自主閱讀資料6、7，思考并回答問題：

探究三.表觀遺傳

柳穿魚是一種園林花卉。下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。資料61.植株A和植株B的花的形態(tài)不同是基因不同導(dǎo)致的？還是基因的表達(dá)不同導(dǎo)致的？植株A和植株B體內(nèi)的Lcyc基因相同。基因的表達(dá)不同導(dǎo)致的。2.導(dǎo)致植株B中Lcyc基因不表達(dá)的原因是什么？?jī)芍炅~體內(nèi)Lcyc基因的序列相同植株A：Lcyc基因在開花時(shí)表達(dá)植株B：Lcyc基因不表達(dá)柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)與Lcyc基因的表達(dá)直接相關(guān)植株A植株BLcyc基因在開花時(shí)表達(dá)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))Lcyc基因正常植株B體內(nèi)的Lcyc基因被高度甲基化了,表達(dá)受到抑制。探究三.表觀遺傳

科學(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。資料63.F1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？植株B的Lcyc基因由于部分堿基甲基化，基因表達(dá)受到抑制，表現(xiàn)為隱性。同時(shí)含有這兩個(gè)基因的F1，花與植株A的相似，F(xiàn)2中有少部分植株含有兩個(gè)來自植株B的Lcyc基因，花與植株B相似。4.Lcyc基因的高度甲基化修飾能夠遺傳嗎？F2中一部分植株的花與植株B相似，說明Lcyc基因的高度甲基化修飾能夠遺傳。探究三.表觀遺傳

某種實(shí)驗(yàn)小鼠的毛色受一對(duì)等位基因Avy和a的控制，Avy為顯性基因，表現(xiàn)為黃色體毛，a為隱性基因，表現(xiàn)為黑色體毛。將純種黃色體毛的小鼠與純種黑色體毛的小鼠雜交，子一代小鼠的基因型都是Avya，卻表現(xiàn)出不同的毛色：介于黃色和黑色之間的一系列過渡類型。資料75.F1小鼠的基因型都是Avya，小鼠毛色為什么不是黃色而是表現(xiàn)出介于黃色和黑色之間的一系列過渡類型？小鼠的Avy基因的前端有多個(gè)可發(fā)生DNA甲基化修飾的位點(diǎn)，當(dāng)這些位點(diǎn)甲基化后，Avy基因的表達(dá)就受到抑制，并且甲基化程度越高，受到的抑制越明顯，小鼠的毛色越深。探究三.表觀遺傳6.資料6和資料7展示的遺傳現(xiàn)象有什么共同點(diǎn)？這對(duì)你認(rèn)識(shí)基因和性狀的關(guān)系有什么啟示？資料6、7都表現(xiàn)為基因的堿基序列保持不變，但基因的表達(dá)受到抑制，因此性狀發(fā)生改變，而且這種改變可以遺傳。GC3’5’GC3’5’GC3’5’GC3’5’CH3CH3未甲基化甲基化植株A植株B開花時(shí)不表達(dá)開花時(shí)表達(dá)Avy基因調(diào)控黃色顏色越深甲基化程度越高抑制抑制越明顯CH3Avy基因甲基化表觀遺傳！探究三.表觀遺傳3.發(fā)生時(shí)期：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)過程中。1概

念：①可遺傳性：基因表達(dá)和表型可以遺傳給后代。②DNA不變性：基因的堿基序列保持不變。③可逆性：被修飾的DNA可以發(fā)生去甲基化。2特

點(diǎn)：4.實(shí)

例：生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達(dá)和表現(xiàn)型可遺傳變化的現(xiàn)象。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(zhǎng)發(fā)育過程中所具有的差異④蜂王和工蜂的差異。探究三.表觀遺傳DNA甲基化是在甲基轉(zhuǎn)移酶的催化下，DNA的CG兩個(gè)核苷酸中的胞嘧啶，被選擇性地添加甲基，形成5-甲基胞嘧啶，這常見于基因的5'-CG-3'序列。DNA的甲基化可以引起基因的失活，基因不能表達(dá)。啟動(dòng)子：是RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的位點(diǎn)—主要抑制轉(zhuǎn)錄類型1.DNA甲基化DNA甲基化5.三種常見的調(diào)控機(jī)制：探究三.表觀遺傳5.三種常見的調(diào)控機(jī)制：類型2.組蛋白被修飾—組蛋白甲基化、乙?；刃揎椧矔?huì)影響基因表達(dá)

（教材P74，相關(guān)信息）組蛋白被修飾后,染色質(zhì)形態(tài)發(fā)生變化,有利于基因表達(dá)(促進(jìn)表達(dá))或不利于基因表達(dá)(抑制基因表達(dá))。組蛋白是組成染色質(zhì)的主要蛋白質(zhì)探究三.表觀遺傳5.三種常見的調(diào)控機(jī)制：非編碼RNA：不編碼蛋白質(zhì)的RNA。(除tRNA和rRNA)類型3.非編碼RNA—主要抑制翻譯探究四.基因與性狀的關(guān)系①一個(gè)基因一種性狀控制②一個(gè)基因多種性狀控制③多個(gè)基因一種性狀控制

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(duì)水稻的生長(zhǎng)、發(fā)育和產(chǎn)量都有重要作用。人的身高、體重是由多個(gè)基因決定的，每個(gè)基因?qū)ι砀叨加幸欢ǖ淖饔??；蚺c性狀并不是簡(jiǎn)單的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系多因一效1基因決定生物性狀一因多效一因一效2生物性狀還會(huì)受到環(huán)境等條件的影響如后天的營(yíng)養(yǎng)和體育鍛煉等對(duì)人的身高也有重要作用。

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，這種相互作用形成了一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，精細(xì)地調(diào)控著生物體的性狀。探究四.基因與性狀的關(guān)系c.僅由環(huán)境變化引起的性狀變化，不可遺傳（表型模擬）b.環(huán)境不改變基因，影響基因的表達(dá)，可遺傳（表觀遺傳）a.環(huán)境通過改變基因而影響性狀，可遺傳

表型=基因型+環(huán)境探究三.表觀遺傳果蠅翅的發(fā)育需要經(jīng)過酶催化的反應(yīng)，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。提出假說：（1）翅的發(fā)育需要經(jīng)過酶催化的反應(yīng)（2）酶是在基因指導(dǎo)下合成的（3）酶的活性受溫度、pH等條件影響。25℃下培養(yǎng)它們產(chǎn)生的后代如剛孵化的殘翅果蠅幼蟲31℃下培養(yǎng)得到了一些翅長(zhǎng)接近正常的果蠅成蟲殘翅果蠅表型模擬：僅由環(huán)境變化引起的性狀變化，不可遺傳網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建：1.基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因通過控制____的合成來控制生物代謝過程，進(jìn)而控制生物性狀（2）基因通過控制_________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)基因表達(dá)與性狀的關(guān)系練習(xí)與應(yīng)用1．個(gè)體的性狀和細(xì)胞的分化都取決于基因的表達(dá)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(duì)應(yīng)的關(guān)系。（

）（2）細(xì)胞分化產(chǎn)生不同類型的細(xì)胞，是因?yàn)椴煌愋偷募?xì)胞內(nèi)基因的表達(dá)存在差異。（

）X√練習(xí)與應(yīng)用2.我國(guó)科學(xué)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(cuò)誤的是（

）

A.該項(xiàng)研究說明人和羊共用一套遺傳密碼子

B.該羊的乳腺細(xì)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練習(xí)與應(yīng)用1.

有人說，“基因是導(dǎo)演，蛋白質(zhì)是演員，性狀是演員的表演作品。”你認(rèn)為這種說法有道理嗎？為什么？請(qǐng)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(yīng)的DNA片段，蘊(yùn)含著遺傳信息，可類比成組織者（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(dāng)然，打比方總會(huì)有比得不合理之處，因此，只能說有一定的道理。練習(xí)與應(yīng)用2.孟德爾通過豌豆雜交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了分離定律和自由組合定律，然而，與他同時(shí)代的一些生物學(xué)家利用某些植物做一些性狀的雜交實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(shí)驗(yàn)相同的結(jié)果。請(qǐng)回答下列問題。（1）為什么利用這些植物進(jìn)行某些性狀的雜交實(shí)驗(yàn)時(shí)，難以得出3：1和9：3：3：1的數(shù)量比？請(qǐng)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)可能的原因作出推測(cè)。①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；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(dǎo)致這些基因控制的性狀不遵循自由組合定律；練習(xí)與應(yīng)用（2）你怎樣看待科學(xué)實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性？科學(xué)實(shí)驗(yàn)必須是可重復(fù)的，只有這樣才能說明實(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。科學(xué)實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性包括兩方面：①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)；②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（