2024-2025學(xué)年新教材高中生物第4章基因的表達(dá)第2節(jié)基因表達(dá)與性狀的關(guān)系學(xué)案新人教版必修21

PAGE10-第2節(jié)基因表達(dá)與性狀的關(guān)系課程要求核心素養(yǎng)學(xué)問導(dǎo)圖1．概述DNA分子上的遺傳信息通過RNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，細(xì)胞分化的本質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)，生物的性狀主要通過蛋白質(zhì)表現(xiàn)。2．概述某些基因堿基序列不變但基因表達(dá)和表型變更的表觀遺傳現(xiàn)象。1．結(jié)合白化病、豌豆皺粒和囊性纖維化產(chǎn)朝氣理，理解生物的性狀是由蛋白質(zhì)確定的。(生命觀念)2．通過分析不同類型細(xì)胞中DNA和RNA的檢測結(jié)果，理解細(xì)胞分化的本質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)。(科學(xué)探究)3．結(jié)合柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠的毛色的遺傳，理解某些基因序列不變但表型變更的表觀遺傳現(xiàn)象。(科學(xué)思維)基礎(chǔ)學(xué)問·雙基夯實(shí)一、基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系1．基因限制生物性狀的兩種途徑(1)間接限制：基因eq\o(→,\s\up7(限制))__酶的合成__eq\o(→,\s\up7(限制))代謝過程eq\o(→,\s\up7(限制))生物性狀。(2)干脆限制：基因eq\o(→,\s\up7(限制))__蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)__eq\o(→,\s\up7(限制))生物性狀。2．基因限制性狀的實(shí)例(連線)二、基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化1．細(xì)胞分化的本質(zhì)是__基因的選擇性表達(dá)__。2．基因的選擇性表達(dá)與基因表達(dá)的__調(diào)控__有關(guān)。三、表觀遺傳1．概念：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__可遺傳變更__的現(xiàn)象，叫作表觀遺傳。2．特點(diǎn)：表觀遺傳現(xiàn)象普遍存在于生物體的__生長、發(fā)育和蒼老__的整個(gè)生命活動(dòng)過程中。四、基因與性狀的對應(yīng)關(guān)系1．基因與性狀的關(guān)系并不是簡潔的__一一對應(yīng)__的關(guān)系，一特性狀可以受__多個(gè)基因__的影響，一個(gè)基因也可以影響__多特性狀__。2．生物體的性狀不完全是由基因確定的，__環(huán)境__對性狀也有著重要影響?！不顚W(xué)巧練〕推斷下列敘述的正誤(1)基因只能通過限制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)干脆限制生物體的性狀。(×)(2)基因型相同的個(gè)體，其表型肯定相同。(×)(3)在一個(gè)細(xì)胞中所含的基因都肯定表達(dá)。(×)(4)基因的選擇性表達(dá)與基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)。(√)(5)表觀遺傳現(xiàn)象比較少見，不能普遍存在于生物體整個(gè)生命活動(dòng)過程中。(×)(6)基因與性狀的關(guān)系是一一對應(yīng)的關(guān)系。(×)〔思索〕牽牛花的顏色主要是由花青素確定的，如圖為花青素的合成與顏色變更途徑示意圖：1．圖中反映了基因限制生物體性狀的哪條途徑？除此之外，另一條途徑是什么？提示：圖中反映的途徑是基因可以通過限制酶的合成來限制代謝過程，進(jìn)而限制生物體的性狀；另一條途徑是基因通過限制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)干脆限制生物體的性狀。2．牽?；ǖ念伾侵挥梢粚蛳拗频膯幔刻崾荆翰皇?。牽?；ǖ念伾啥鄬蚬餐拗啤?．牽?；ǖ念伾€與細(xì)胞中的pH有關(guān)，這說明什么？提示：生物體的性狀也受環(huán)境影響。4．牽?；ǖ娜~肉細(xì)胞中是否也含有基因①②③？也能全部表達(dá)嗎？提示：牽?；ǖ娜~肉細(xì)胞中也含有基因①②③，但是由于細(xì)胞分化，基因進(jìn)行選擇性表達(dá)，這3個(gè)基因不肯定能夠表達(dá)?！矊W(xué)霸記憶〕1．基因限制生物體性狀的途徑：①基因通過限制酶的合成來限制代謝過程，進(jìn)而限制生物體的性狀；②基因通過限制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)干脆限制生物體的性狀。2．細(xì)胞分化的本質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)。3．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)生可遺傳變更的現(xiàn)象，叫作表觀遺傳。4．基因與性狀的關(guān)系并不是簡潔的一一對應(yīng)的關(guān)系，一特性狀可以受多個(gè)基因的影響，一個(gè)基因也可以影響多特性狀。課內(nèi)探究·名師點(diǎn)睛學(xué)問點(diǎn)基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系要點(diǎn)歸納1．實(shí)例：白化病和豌豆皺粒的形成(1)圖解：(2)途徑：基因eq\o(→,\s\up7(限制))酶的合成eq\o(→,\s\up7(限制))代謝過程eq\o(→,\s\up7(限制))生物體的性狀。歸納整合基因表達(dá)的產(chǎn)物對性狀限制的兩種方式：2．基因與性狀的關(guān)系(1)基因與性狀的關(guān)系eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(一個(gè)基因確定一種性狀,多個(gè)基因確定一種性狀,一個(gè)基因影響多種性狀))(2)基因限制性狀還受到環(huán)境的影響，生物性狀是基因型和環(huán)境條件共同作用的結(jié)果。(3)基因與基因、基因與基因表達(dá)產(chǎn)物、基因與環(huán)境之間存在著困難的相互作用，這種相互作用形成了一個(gè)錯(cuò)綜困難的網(wǎng)絡(luò)，精細(xì)地調(diào)控著生物體的性狀。3．基因、蛋白質(zhì)和性狀的關(guān)系典例剖析典例1(2024·湖南岳陽測試)下列關(guān)于基因、蛋白質(zhì)與性狀的關(guān)系的描述，正確的是(A)A．皺粒豌豆的DNA中，編碼淀粉分支酶的基因的堿基序列被打亂，導(dǎo)致淀粉分支酶出現(xiàn)異樣，活性大大降低，淀粉含量低的豌豆由于失水而皺縮B．人表現(xiàn)出白化癥狀體現(xiàn)了基因通過限制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)干脆限制生物體的性狀C．基因與性狀之間是一一對應(yīng)的關(guān)系，即一種性狀由一個(gè)基因限制D．囊性纖維化患者中，編碼CFTR蛋白的基因增加了2個(gè)堿基，導(dǎo)致CFTR蛋白的結(jié)構(gòu)受到了影響[解析]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的堿基序列，導(dǎo)致淀粉分支酶出現(xiàn)異樣，活性大大降低，淀粉分支酶的缺乏又導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)淀粉含量降低，淀粉含量低的豌豆由于失水而皺縮，A正確。人的白化癥狀是由限制酪氨酸酶的基因異樣引起的，體現(xiàn)了基因通過限制酶的合成來限制代謝過程，進(jìn)而限制生物體的性狀，B錯(cuò)誤。基因與性狀的關(guān)系并不是簡潔的一一對應(yīng)的關(guān)系，同一個(gè)基因可能影響多特性狀，一特性狀可以受到多個(gè)基因的影響，C錯(cuò)誤。囊性纖維化患者的CFTR基因缺失了3個(gè)堿基，而非增加了2個(gè)堿基，D錯(cuò)誤。┃┃變式訓(xùn)練1__■(2024·湖北仙桃期末)如圖為圓粒豌豆的產(chǎn)朝氣制，請據(jù)圖推斷下列敘述錯(cuò)誤的是(B)A．淀粉分支酶基因R是豌豆種子細(xì)胞中具有遺傳效應(yīng)的DNA片段B．b過程能發(fā)生A與T、C與G的配對C．R中插入一小段DNA序列使淀粉分支酶出現(xiàn)異樣，活性大大降低，可導(dǎo)致種子中蔗糖增多D．此圖解體現(xiàn)了基因通過限制酶的合成來限制代謝過程，進(jìn)而限制生物體的性狀[解析]豌豆種子細(xì)胞中，基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，A正確；b表示翻譯過程，該過程中的堿基配對方式為A—U、C—G，B錯(cuò)誤：淀粉分支酶能催化蔗糖合成淀粉，R中插入一小段DNA序列使淀粉分支酶出現(xiàn)異樣，活性大大降低，可導(dǎo)致種子中蔗糖增多，C正確；此圖解說明基因能夠通過限制酶的合成來限制代謝過程，進(jìn)而限制生物體的性狀，D正確。學(xué)問點(diǎn)細(xì)胞分化及表觀遺傳要點(diǎn)歸納1．不同基因在不同細(xì)胞中的表達(dá)：類型合成蛋白質(zhì)的類型舉例全部細(xì)胞中都表達(dá)維持細(xì)胞基本生命活動(dòng)所必需的核糖體蛋白基因、ATP合成酶基因某類細(xì)胞中特異性表達(dá)不是維持細(xì)胞基本生命活動(dòng)所必需的卵清蛋白基因、胰島素基因2．細(xì)胞分化的本質(zhì)：基因選擇性表達(dá)。[易錯(cuò)提示]細(xì)胞分化結(jié)果的兩點(diǎn)警示(1)細(xì)胞分化后遺傳物質(zhì)不變，mRNA和蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量不同，細(xì)胞器的種類和數(shù)量也會(huì)不同。(2)不同的細(xì)胞中也可能含有相同的mRNA，如細(xì)胞基本生命活動(dòng)所必需的ATP合成酶基因轉(zhuǎn)錄的mRNA等。3．表觀遺傳：(1)概念：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)生可遺傳變更的現(xiàn)象。(2)兩個(gè)實(shí)例：實(shí)例柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)的遺傳某試驗(yàn)小鼠毛色的遺傳現(xiàn)象植株A與植株B雜交，F(xiàn)1的花與植株A相像，F(xiàn)1自交，F(xiàn)2花的形態(tài)結(jié)構(gòu)有兩種純種的黃色體毛的小鼠(AvyAvy)與純種的黑色體毛的小鼠(aa)雜交，子代出現(xiàn)了多種毛色的Avya小鼠緣由F1中含有能表達(dá)的Lcyc基因，因此F1的花與植株A相像；依據(jù)基因分別定律，得出F2中大約3/4植株含有能表達(dá)的Lcyc基因，因此大部分植株的花與植株A相同，大約1/4的植株含有不能表達(dá)的甲基化Lcyc基因，少部分植株的花與植株B相像Avy基因中有多個(gè)可發(fā)生DNA甲基化修飾的位點(diǎn)，這些位點(diǎn)甲基化后，Avy基因表達(dá)受到抑制。甲基化程度越高，Avy基因表達(dá)受抑制越明顯，小鼠體毛的顏色就越深歸納整合基因型相同的生物體，性狀不肯定相同的緣由分析：(1)表觀遺傳：影響了基因的表達(dá)過程，進(jìn)而影響生物性狀，可遺傳。(2)環(huán)境影響：影響酶的活性進(jìn)而影響代謝過程，從而影響生物性狀，不行遺傳。典例剖析典例2如表是人體內(nèi)的紅細(xì)胞(未成熟)、胰島B細(xì)胞、漿細(xì)胞內(nèi)所含有的部分核基因及這些基因表達(dá)的狀況(“＋”表示該基因表達(dá)，“－”表示該基因未表達(dá))。下列有關(guān)說法正確的是(A)項(xiàng)目血紅蛋白基因胰島素基因抗體基因有氧呼吸有關(guān)酶基因紅細(xì)胞＋－－＋胰島B細(xì)胞－①－＋漿細(xì)胞－－＋②A．①②均表示“＋”B．此表說明細(xì)胞分化導(dǎo)致基因的選擇性表達(dá)C．三種細(xì)胞中mRNA和蛋白質(zhì)種類完全不同D．三種細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能不同的根本緣由是核基因種類不完全相同[解析]血紅蛋白基因只在未成熟的紅細(xì)胞中表達(dá)，胰島素基因只在胰島B細(xì)胞中表達(dá)，抗體基因只在漿細(xì)胞中表達(dá)，有氧呼吸有關(guān)酶基因在三種細(xì)胞中均表達(dá)，則①②均表示“＋”，A正確；此表說明基因的選擇性表達(dá)導(dǎo)致細(xì)胞分化，B錯(cuò)誤；三種細(xì)胞中mRNA和蛋白質(zhì)種類不完全相同，C錯(cuò)誤；三種體細(xì)胞中都含有表中所列的四種基因，是因?yàn)槿梭w細(xì)胞都來源于同一個(gè)受精卵，含有相同的遺傳信息，三種細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能不同的根本緣由是基因的選擇性表達(dá)，D錯(cuò)誤。┃┃變式訓(xùn)練2__■下列有關(guān)表觀遺傳的說法不正確的是(D)A．表觀遺傳可以在個(gè)體間遺傳B．某些RNA可干擾基因的表達(dá)C．染色體組蛋白的乙?；芗せ罨虻霓D(zhuǎn)錄D．DNA的甲基化程度與基因的表達(dá)無關(guān)[解析]表觀遺傳可以在個(gè)體間遺傳，A正確。某些RNA可使mRNA發(fā)生降解或者翻譯阻滯，從而干擾基因的表達(dá)，B正確。乙?；揎椏梢詫⒔M蛋白中的正電荷屏蔽掉，使組蛋白與帶負(fù)電荷的DNA纏繞的力氣減弱，激活基因的轉(zhuǎn)錄，C正確。DNA的甲基化程度與基因的表達(dá)有關(guān)，D錯(cuò)誤。指引迷津·撥云見日一、依據(jù)“圖示法”理解基因表達(dá)的作用1．基因表達(dá)限制著生物的性狀：生物的某種性狀可能由一個(gè)基因限制，也可能由多個(gè)基因同時(shí)限制；基因是遺傳的基本單位，具有肯定的獨(dú)立性，一個(gè)基因的表達(dá)可以不受其他基因的影響。(1)性狀C受基因A和B的限制，如圖：(2)基因A限制性狀B和性狀C，如圖：2．基因表達(dá)確定了細(xì)胞的分化：部分基因在一個(gè)個(gè)體細(xì)胞中不是全部都表達(dá)，有的基因只在特定的細(xì)胞中表達(dá)，即細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是基因選擇性表達(dá)。(1)圖示：(2)說明：C基因在A細(xì)胞和B細(xì)胞中都表達(dá)，而A基因只在A細(xì)胞中表達(dá)，B基因只在B細(xì)胞中表達(dá)。典例3牽牛花的顏色主要是由花青素確定的，如圖為花青素的合成與顏色變更途徑示意圖：從圖中不能得出的是(D)A．花的顏色由多對基因共同限制B．基因可以通過限制酶的合成來限制代謝C．生物體的性狀由基因確定，也受環(huán)境影響D．若基因①不表達(dá)，則基因②和基因③不表達(dá)[解析]花青素確定花的顏色，而花青素的合成是由多對基因共同限制的；基因①②③通過限制酶1、2、3的合成來限制花青素的合成；花青素在不同酸堿條件下顯示不同的顏色，說明環(huán)境因素也會(huì)影響花色；基因具有獨(dú)立性，基因①不表達(dá)，基因②③仍舊能夠表達(dá)。二、表觀遺傳的理解和解題方法1．比較表觀遺傳與基因限制生物性狀遺傳：項(xiàng)目表觀遺傳基因限制的遺傳限制性狀方式甲基化等影響基因表達(dá)是否含有相應(yīng)的基因堿基序列不變變更顯隱性隱性顯性或隱性傳遞給下一代可以可以2．表觀遺傳的解題方法：(1)為了區(qū)分甲基化的基因和正?；颍梢宰鰝€(gè)標(biāo)注，如正?；?yàn)锳，甲基化的基因用A°等方式表示。然后就可以依據(jù)正常的遺傳解題方式進(jìn)行解題。(2)當(dāng)甲基化的基因和正常基因都存在時(shí)，生物性狀表現(xiàn)出正常基因限制的性狀。典例4某花卉花的形態(tài)不同與A基因的表達(dá)有關(guān)，植株甲的A基因能正常表達(dá)，花瓣為2片，植株乙的A基因高度甲基化，不能正常表達(dá)，花瓣為1片?，F(xiàn)有純合的植株甲和乙先雜交得到F1，然后自交得到F2，下列說法正確的是(C)A．F1中花瓣均為1片B．F2中花瓣均為2片C．F2中花瓣有2片和1片，且花瓣2片的數(shù)目較多D．F1與植株甲進(jìn)行雜交，子代花瓣既有1片也有2片[解析]高度甲基化的基因?yàn)锳°不能表達(dá)，繪制遺傳圖解：由圖可知，F(xiàn)1中花瓣全為2片；F2中2片的比例為3/4,1片的比例為1/4，所以花瓣2片的數(shù)目較多；F1與植株甲(AA)雜交，子代花瓣全為2片。所以C項(xiàng)正確。教材問題·解疑答惑問題探討?P711．提示：基因組成一樣。2．提示：環(huán)境影響了基因的表達(dá)，進(jìn)而影響了生物的性狀。思索·探討?P721．提示：輸卵管細(xì)胞合成了卵清蛋白，沒有珠蛋白和胰島素；紅細(xì)胞中合成了珠蛋白，沒有卵清蛋白和胰島素；胰島細(xì)胞合成了胰島素，沒有卵清蛋白和珠蛋白。因此不同的細(xì)胞含有的蛋白質(zhì)的種類不同。2．提示：細(xì)胞在分化的過程中，每個(gè)細(xì)胞中的基因相同，但是細(xì)胞中的基因進(jìn)行了選擇性表達(dá)。思索·探討?P731．提示：限制性狀的基因堿基發(fā)生了甲基化修飾，抑制了基因的表達(dá)，進(jìn)而影響了生物的性狀。2．提示：親本植株A的Lcyc基因未被甲基化，可以正常表達(dá)，親本植株B的Lcyc基因高度甲基化，不能表達(dá)，F(xiàn)1植株含有未甲基化的Lcyc基因和高度甲基化的Lcyc基因，未甲基化的Lcyc基因可以正常表達(dá)，F(xiàn)1植株的花與植株A的相像；F2植株中有僅含有正常的Lcyc基因的、僅含有甲基化的Lcyc基因的與含有正常的Lcyc基因和甲基化的Lcyc、基因的，因此F2中有些植株的花與植株B的相像。3．提示：基因相同，發(fā)生甲基化后不能正常表達(dá)，導(dǎo)致其性狀不同，而且該性狀可以遺傳給子代；基因表達(dá)的產(chǎn)物影響了生物的性狀。批判性思維?P74提示：基因是內(nèi)在因素，通過表達(dá)的產(chǎn)物來確定生物性狀，環(huán)境是外在因素，通過影響基因的表達(dá)過程進(jìn)而影響生物性狀。思維訓(xùn)練?P75提示：假說：高溫條件下翅長接近正常的果蠅出現(xiàn)是環(huán)境溫度影響的，其基因型不變。說明：果蠅翅的發(fā)育須要經(jīng)過酶的催化，殘翅果蠅在較高溫(31℃練習(xí)與應(yīng)用?