第2節(jié)基因表達與性狀的關系

第4章基因的表達新知一基因表達產物與性狀的關系答案:①②—b;③—a。新知二基因的選擇性表達與細胞分化

細胞基本生命活動核糖體蛋白基因ATP合成酶基因卵清蛋白基因特異性胰島素基因基因選擇性表達基因表達的調控新知三表觀遺傳討論教材第73頁“思考·討論”,說出表觀遺傳的概念,分析其原因、特點及對生物體性狀的影響。討論基因與性狀的關系,形成初步的遺傳與進化觀。

1.表觀遺傳。

(1)概念。生物體基因的堿基序列_________,但__________和_____發(fā)生可遺傳變化的現(xiàn)象,叫作表觀遺傳。

(2)原因?；虻腳________沒有發(fā)生變化,但部分堿基發(fā)生了___________,抑制了基因的表達,進而對表型產生影響。保持不變基因表達表型堿基序列甲基化修飾如下圖所示:

DNA的甲基化

(3)特點。①基因的堿基序列_________。②可遺傳?？梢赃z傳給后代,使后代出現(xiàn)同樣的表型。③普遍存在。普遍存在于生物體的生長、發(fā)育和衰老的整個生命活動過程中。保持不變

2.基因與性狀間的對應關系。

(1)一個性狀可以受到_____基因的影響。

(2)一個基因也可以影響_____性狀。

(3)生物體的性狀也不完全是由基因決定的,_____對性狀也有著重要影響。多個多個環(huán)境探究一基因表達產物與性狀的關系

分析下列材料,思考基因是如何控制性狀的。材料一①豌豆粒形

②人的白化癥狀材料二囊性纖維化編碼CFTR蛋白的基因缺失3個堿基↓CFTR蛋白結構異常,導致功能異常↓患者支氣管內黏液增多↓黏液清除困難,細菌繁殖,肺部感染

(1)材料一說明,基因通過控制____________________,

進而控制生物體的性狀。答案:酶的合成來控制代謝過程

(2)材料二說明,基因通過控制____________________控制生物體的性狀。答案:蛋白質的結構直接基因、蛋白質和性狀的關系

(3)由材料一、二總結基因對性狀的控制方式。提示:基因控制性狀的方式有兩種：一種是通過控制酶的合成來控制代謝過程,進而控制生物體的性狀;另一種是通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀。

【例1】著色性干皮癥是一種遺傳病,起因于DNA損傷。深入研究后發(fā)現(xiàn)患者體內缺乏DNA修復酶,DNA損傷后不能修復而引起突變。這說明一些基因(

)A.是通過控制酶的合成來控制代謝過程,進而控制生物體的性狀

B.是通過控制蛋白質的結構,進而直接控制生物體的性狀

C.是通過控制酶的合成,進而直接控制生物體的性狀

D.可以直接控制生物體的性狀,發(fā)生改變后生物體的性狀隨之改變解析:由題意可知,著色性干皮癥起因于DNA損傷,并且患者體內缺乏DNA修復酶,由此說明該基因通過控制DNA修復酶的合成來控制代謝過程,進而間接控制生物體的性狀。答案:A

【例2】人體內苯丙酮酸過多可引起苯丙酮尿癥,下圖表示人體內苯丙氨酸的代謝途徑,據(jù)圖分析錯誤的是(

)

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基因控制

C.該圖說明基因可通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀

D.基因2突變而缺乏酶2將導致人患白化病解析:由題圖可知,基因1不正常而缺乏酶1,則苯丙氨酸只能在細胞中代謝生成苯丙酮酸,導致苯丙酮尿癥,A項正確;由苯丙氨酸合成黑色素需要酶1、酶2的作用，即需要基因1、基因2的控制,B項正確;題圖體現(xiàn)了基因通過控制酶的合成來控制代謝過程,進而控制生物體的性狀,C項錯誤;基因2突變,導致酶2不能合成,從而不能形成黑色素,使人患白化病,D項正確。答案:C【母題延伸】(1)若食物中缺乏酪氨酸,人體是否會患白化病?為什么?

提示:不會。因為酪氨酸屬于非必需氨基酸,在人體內可以轉化而來。

(2)苯丙酮尿癥患者的食物中應如何控制苯丙氨酸的含量?

提示:苯丙氨酸為人體的必需氨基酸,因此苯丙酮尿癥患者的食物中必須含有苯丙氨酸,但應控制苯丙氨酸的量,滿足機體生命活動需要即可。探究二基因的選擇性表達與細胞分化

資料1最早試圖對細胞分化機制做出解釋的學者是德國科學家魏斯曼,他提出細胞分化是由于遺傳物質丟失造成的。資料2到了20世紀中期,很多實驗證明,不僅是受精卵,甚至高度分化的動植物細胞,都含有本物種全套的遺傳信息。

資料3下表表示人體不同細胞中基因和蛋白質的存在情況。項目細胞中的DNA細胞中的蛋白質唾液淀粉酶基因血紅蛋白基因胰島素基因唾液淀粉酶血紅蛋白胰島素唾液腺細胞++++--紅細胞+++-+-胰島細胞+++--+注:“+”表示有,“-”表示無。

(1)資料1中“細胞分化是由于遺傳物質丟失造成的”這一觀點對嗎?為什么?

提示:不對。細胞分化不是由于遺傳物質丟失造成的,是基因選擇性表達的結果。

(2)結合資料2,聯(lián)系有絲分裂知識,分析:為什么高度分化的動植物細胞中含有本物種全套的遺傳信息?

提示:所有細胞都是由受精卵有絲分裂而來,有絲分裂保證了親代細胞和子代細胞在遺傳組成上的一致性。

(3)資料3中,各細胞表達的基因有相同的嗎?不同種細胞的蛋白質種類不同,直接原因是DNA不同還是RNA不同?

提示:不同細胞內存在都表達的基因;不同種細胞的蛋白質種類不同,直接原因是mRNA不同。

(4)生長發(fā)育過程中,細胞的形態(tài)結構和生理功能產生了很大差異,原因是什么?

提示:產生差異的原因是不同細胞的分化方向不同,根本原因是基因的選擇性表達?！肮芗一颉焙汀吧莩藁颉?/p>

(1)“管家基因”:在所有細胞中都表達的基因,指導合成的蛋白質是維持細胞基本生命活動所必需的,如呼吸酶基因。

(2)“奢侈基因”:只在某類細胞中特異性表達的基因,指導合成的蛋白質與細胞特定的功能有關,如血紅蛋白基因。

【例3】下表表示三種不同細胞中的基因存在及表達情況,下列有關說法錯誤的是(

)項目基因存在情況基因表達情況甲乙丙丁甲乙丙丁胰島細胞√√√√√√眼晶狀細胞(胚胎中)√√√√√√神經細胞√√√√√√

A.甲基因不可能是控制生長激素合成的基因

B.三種細胞不同的根本原因是細胞中的遺傳信息不同

C.丁基因可能是控制ATP酶合成的基因

D.三種細胞都有甲、乙、丙、丁四種基因的根本原因是細胞都來源于同一個受精卵解析:甲基因在胰島細胞中表達,所以甲基因不可能是控制生長激素合成的基因,A項正確;三種細胞不同的根本原因是基因的選擇性表達,B項錯誤;控制ATP酶合成的基因應該在所有細胞中都表達,所以丁基因可能是控制ATP酶合成的基因,C項正確;三種細胞都有甲、乙、丙、丁四種基因的根本原因是細胞都來源于同一個受精卵,D項正確。答案:B

【例4】下圖為人體中不同細胞產生過程的模式圖,據(jù)圖推斷肌肉細胞、未成熟紅細胞和神經細胞(

)

A.含有的遺傳信息相同

B.含有的蛋白質完全相同

C.含有的蛋白質種類完全不相同

D.形成的原因是基因的選擇性丟失解析:肌肉細胞、未成熟紅細胞和神經細胞都來自同一個受精卵,所含的遺傳物質相同,A項正確;肌肉細胞、未成熟紅細胞和神經細胞是細胞分化形成的,而細胞分化是基因選擇性表達的結果,所以這三類細胞遺傳物質轉錄形成的mRNA不完全相同,含有的蛋白質也不完全相同,B項錯誤;這三類細胞所含的蛋白質也有相同的,如呼吸酶,C項錯誤;這三類細胞形成的根本原因是基因的選擇性表達,D項錯誤。答案:A探究三表觀遺傳

分析教材第73頁“思考·討論”的相關資料,思考下列問題。

(1)資料1中,F1的花為什么與植株A相似?在F2中,為什么有些植株的花與植株B相似?

提示:植株A的Lcyc基因在開花時表達,可看成為顯性基因,而植株B的該基因不表達,可看成為隱性基因。兩植株雜交,F1表現(xiàn)顯性性狀,F2出現(xiàn)類似性狀分離的現(xiàn)象。

(2)資料2中,小鼠性狀改變的原因是什么?

提示:小鼠的Avy基因前端的堿基序列有多個位點發(fā)生了DNA甲基化修飾,Avy基因的表達受到抑制。

(3)資料1和資料2中展示的遺傳現(xiàn)象有什么共同點?這對你認識基因和性狀的關系有什么啟示?

提示:這兩種遺傳現(xiàn)象發(fā)生變化的原因都不是相應基因的堿基序列發(fā)生變化,而是部分堿基發(fā)生了甲基化修飾,抑制了基因的表達,進而對表型產生了影響。由此可知,兩生物體的基因相同,其性狀表現(xiàn)也不一定相同,即生物體的性狀不完全是由基因決定的?；蚺c基因、基因與基因表達產物、基因與環(huán)境之間存在著復雜的相互作用,這種相互作用形成了一個錯綜復雜的網絡,精細地調控著生物體的性狀。

【例5】黃色小鼠(AA)與黑色小鼠(aa)雜交,產生的F1(Aa)不同個體出現(xiàn)了不同體色。研究表明,不同體色的小鼠A基因的堿基序列相同,但A基因上二核苷酸(CpG)胞嘧啶有不同程度的甲基化(如右欄圖所示)現(xiàn)象出現(xiàn),甲基化不影響基因DNA復制。下列有關分析錯誤的是(

)

A.F1個體體色的差異與A基因甲基化程度有關

B.甲基化可能影響RNA聚合酶與該基因的結合

C.堿基甲基化不影響堿基互補配對過程

D.基因甲基化不會遺傳給子代解析:由題意可知,F1個體的基因型都是Aa,但體色有差異,顯然與A基因甲基化程度有關,A項正確;RNA聚合酶與該基因的結合屬于基因表達的關鍵環(huán)節(jié),而A基因甲基化會影響其表達過程,B項正確;堿基甲基化不影響DNA復制過程,而DNA復制過程有堿基互補配對過程,C項正確;基因甲基化可以遺傳給子代,D項錯誤。答案:D