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高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第2节 基因表达与性状的关系学案
展开第2节 基因表达与性状的关系
学习目标
核心素养
1.举例说明基因通过控制酶的合成和蛋白质的结构控制生物体的性状。
2.说明细胞分化是基因选择性表达的结果。
3.概述生物体的表观遗传现象及基因与性状的关系。
1.生命观念:基因控制性状就是通过遗传信息的流动来实现的,体现了生命的信息观。
2.科学思维:柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传,让学生总结归纳出表观遗传。
3.社会责任:吸烟会使人的体细胞内DNA甲基化水平提高,影响健康,建议学生向周围人群宣传戒烟的道理,培养学生的社会责任感;人的生长不仅受多基因的影响,还与后天的营养和体育锻炼有关。
知识点一 基因表达产物与性状的关系
基因控制生物性状的两条途径
(1)基因对生物性状的间接控制
①实质: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举例
皱粒豌豆的形成
人的白化病的形成
(2)基因对生物性状的直接控制
①实质:基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
②举例:囊性纤维化。
编码CFTR蛋白(一种转运蛋白)的基因缺失了3个碱基→CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸→CFTR蛋白空间结构异常→CFTR转运氯离子的功能出现异常→患者支气管中黏液增多,管腔受阻,细菌在肺部大量生长繁殖,最终使肺功能严重受损。
知识点二 基因的选择性表达与细胞分化
1.生物多种性状形成的基础:生物体多种性状的形成,都是以细胞分化为基础的。
构建细胞分化、基因选择性表达和性状的概念图。
提示:基因选择性表达细胞分化→多种性状形成。
2.表达的基因大致分为两类
(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。
3.细胞分化的本质:基因的选择性表达。基因的选择性表达与基因表达的调控有关。
知识点三 表观遗传和基因与性状的关系
1.基因表达的调控
基因什么时候表达、在哪种细胞中表达以及表达水平的高低都是受到调控的,这种调控会直接影响性状。
2.表观遗传
(1)定义: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,叫作表观遗传。
(2)存在时期: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)实例:同卵双胞胎的微小差异;蜂王与工蜂在形态、结构、生理和行为上的不同。
(1)表观遗传是不依赖于DNA序列变化的遗传现象。(√)
(2)DNA甲基化会改变基因的表达,导致基因控制的性状发生改变。(√)
(3)表观遗传不受环境因素影响。(×)
3.总结:基因通过其表达产物——蛋白质来控制性状,细胞内的基因表达与否以及表达水平的高低都是受到调控的。细胞分化是基因选择性表达的结果,表观遗传能够使生物体在基因的碱基序列不变的情况下发生可遗传的性状改变。
4.基因与性状的关系
(1)在大多数情况下,基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系。
①一个性状可以受到多个基因的影响。例如人的身高。
②一个基因也可以影响多个性状。例如水稻中的Ghd7基因。
(2)生物体的性状也不完全由基因决定,环境对性状也有着重要影响。例如后天的营养和体育锻炼等对人的身高也有重要作用。
(3)总结:基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用,这种相互作用形成了一个错综复杂的网络,精细地调控着生物体的性状。
1.(目标1)囊性纤维化是一种单基因遗传病,患者的CFTR蛋白(细胞膜上的氯离子载体蛋白,由CFTR基因控制合成)功能异常。下列关于囊性纤维化的叙述,正确的是( )
A.该疾病在遗传过程中遵循孟德尔的自由组合定律
B.该疾病表明基因可通过控制蛋白质的结构来间接控制生物性状
C.该疾病患者体内有结构发生改变的CFTR基因
D.CFTR基因表达的产物无须加工即可具有相应功能
答案 C
解析 囊性纤维化是一种单基因遗传病,即由一对基因控制的遗传病,所以该病的遗传遵循分离定律,而不遵循自由组合定律,A错误;该疾病表明基因可通过控制蛋白质的结构来直接控制生物性状,B错误;囊性纤维化患者有致病基因,该致病基因就是结构发生改变的CFTR基因,C正确;CFTR基因表达的产物是位于细胞膜上的蛋白质,所以需要内质网和高尔基体的加工,D错误。
2.(目标2)有人把分化细胞中表达的基因形象地分为“管家基因”和“奢侈基因”。“管家基因”在所有细胞中都处于活动状态,是维持细胞基本生命活动所必需的;而“奢侈基因”只在特定组织细胞中才处于活动状态。下列属于“管家基因”指导合成的产物是( )
A.ATP水解酶 B.血红蛋白
C.胰岛素 D.抗体
答案 A
解析 ATP水解酶基因在所有细胞中都表达,属于“管家基因”,A正确;血红蛋白基因只在红细胞中表达,属于“奢侈基因”,B错误;胰岛素基因在胰岛B细胞中特异性表达,属于“奢侈基因”,C错误;抗体基因在浆细胞中特异性表达,属于“奢侈基因”,D错误。
3.(目标3)下列有关表观遗传的说法不正确的是( )
A.表观遗传可以在亲子代之间遗传
B.DNA的甲基化程度与基因的表达无关
C.染色体组蛋白的乙酰化修饰会影响基因的表达
D.表观遗传现象普遍存在于生物体的整个生命活动过程中
答案 B
4.(目标3)下列关于基因与性状关系的叙述,错误的是( )
A.一对相对性状可由多对基因控制
B.一对基因可以影响多个性状
C.隐性基因控制的性状不一定得到表现
D.基因型相同,表型就相同
答案 D
5.(目标1、2、3)基因与性状之间存在一定的关系。下列有关说法正确的是( )
A.基因都是通过控制酶的合成来间接控制生物性状的
B.基因的碱基序列相同,该基因决定的性状就一定相同
C.基因可在细胞分化过程中选择性丢失
D.生物性状不完全由基因决定,还受环境的影响
答案 D
解析 细胞分化是基因选择性表达的结果,基因不会发生选择性丢失,C错误。
题型一 基因与生物性状关系的判断
[例1] 人体内苯丙氨酸的代谢途径如图所示。人群中,有若干种遗传病是由于苯丙氨酸的代谢缺陷所导致的。例如,苯丙氨酸的代谢产物之一苯丙酮酸在脑中积累会阻碍脑的发育,造成智力低下。下列分析不正确的是( )
A.缺乏酶①可导致病人既“白(白化病)”又“痴”
B.缺乏酶⑤可导致病人只“白”不“痴”
C.缺乏酶⑥时,婴儿使用过的尿布会留有黑色污迹(尿黑酸)
D.上述实例可以证明遗传物质通过控制酶的合成,从而控制新陈代谢和性状
解题分析 本题中的每种酶只催化一种化学反应,缺乏酶①则不能合成酪氨酸,不会生成黑色素,人体内的苯丙氨酸只能合成苯丙酮酸,苯丙酮酸积累造成智力低下,此时该病人既“白”又“痴”,A正确;缺乏酶⑤只能引起酪氨酸不能转变为黑色素,故只表现为白化病,B正确;缺乏酶⑥时,只会引起不能合成苯丙酮酸,但其他生理过程正常,故婴儿的尿布上不会有尿黑酸,尿黑酸最终被分解为CO2和H2O,C错误;该代谢过程可证明基因通过控制酶的合成来控制新陈代谢和性状,D正确。
答案 C
题型二 基因的选择性表达与细胞种类辨析
[例2] 分别用β-珠蛋白基因、卵清蛋白基因和丙酮酸激酶(与细胞呼吸相关的酶)基因的片段与鸡的成红细胞、输卵管细胞和胰岛细胞中提取的总RNA进行碱基互补配对,结果见下表(注:“+”表示能发生碱基互补配对)。下列叙述错误的是( )
A.在成红细胞中,β-珠蛋白基因处于活动状态,卵清蛋白基因处于关闭状态
B.输卵管细胞的DNA中存在卵清蛋白基因,缺少β-珠蛋白基因
C.丙酮酸激酶基因的表达产物对维持鸡细胞的基本生命活动很重要
D.上述不同类型细胞的生理功能差异与基因的选择性表达有关
解题分析 分析表格可知,在成红细胞中,存在β-珠蛋白基因的mRNA,不存在卵清蛋白基因的mRNA,说明β-珠蛋白基因处于活动状态,转录形成了mRNA,而卵清蛋白基因处于关闭状态,A正确;生物体所有的体细胞都是由同一个受精卵经分裂、分化形成的,含有该生物体所有的基因,因此输卵管细胞的基因组DNA中存在β-珠蛋白基因,B错误;每个细胞都有丙酮酸激酶基因的mRNA,说明丙酮酸激酶基因的表达产物对维持鸡细胞的基本生命活动很重要,C正确;上述不同类型细胞是细胞分化的结果,其生理功能的差异与基因的选择性表达有关,D正确。
答案 B
[例3] 研究表明,xLp基因在某种鸟类的神经、皮肤、肌肉等不同细胞中均有表达,其中在骨骼肌中表达量最高,且雌鸟和雄鸟中的表达水平有明显差异。下列叙述正确的是( )
A.xLp基因在骨骼肌中表达量最高,说明骨骼肌细胞中该基因数量最多
B.可通过检测组织细胞中xLp基因的表达量来确定细胞的分化程度
C.同一雄鸟不同细胞中DNA和RNA种类相同,蛋白质种类不同
D.xLp基因在雌雄鸟中表达水平不同可能会导致雌雄个体飞行能力不同
解题分析 不同细胞中基因是选择性表达的,xLp基因在骨骼肌中表达量最高,不能说明骨骼肌细胞中该基因数量最多,骨骼肌中该基因的数目与其他高度分化的细胞中该基因的数目相同,A错误;由题意可知,xLp基因在某种鸟类的神经、皮肤、肌肉等不同细胞中均有表达,而神经、皮肤、肌肉细胞都是已分化的细胞,所以不能通过检测组织细胞中xLp基因的表达量来确定细胞的分化程度,B错误;由于基因的选择性表达,同一雄鸟不同细胞中DNA种类相同,RNA和蛋白质种类不完全相同,C错误;由题干信息可知,xLp基因“在骨骼肌中表达量最高,且雌鸟和雄鸟中的表达水平有明显差异”,由于骨骼肌与飞行能力密切相关,故可推测xLp基因在雌雄鸟中表达水平不同可能会导致雌雄个体飞行能力不同,D正确。
答案 D
题型三 表观遗传的原因及结果判断
[例4] 黄色小鼠(AA)与黑色小鼠(aa)杂交,产生的F1(Aa)不同个体出现了不同体色。研究表明,不同体色的小鼠A基因的碱基序列相同,但A基因上二核苷酸(CpG)胞嘧啶有不同程度的甲基化(如图)现象出现,甲基化不影响基因DNA复制。有关分析错误的是( )
A.F1个体体色的差异与A基因甲基化程度有关
B.甲基化可能影响RNA聚合酶与该基因的结合
C.碱基甲基化通过影响碱基互补配对影响基因表达
D.亲代的A基因与F1的A基因遗传信息相同
解题分析 不同体色的小鼠A基因的碱基序列相同,A基因上的二核苷酸(CpG)胞嘧啶有不同程度的甲基化现象,显然体色差异与A基因甲基化程度有关,A、D正确;RNA聚合酶与该基因的启动子结合可以启动转录,启动子部位甲基化可能会导致RNA聚合酶不能与该基因结合,B正确;碱基甲基化不影响DNA复制过程,而DNA复制过程存在碱基互补配对,故碱基甲基化不影响碱基互补配对过程,C错误。
答案 C
[例5] IGF-2是小鼠正常发育所需的一种结构蛋白,缺乏时小鼠个体矮小。IGF-2受常染色体上A基因的编码,a基因无此功能。研究发现,A基因在精子中不发生甲基化,在卵细胞中则是甲基化的,而甲基化会导致A基因的表达受抑制。下列推断正确的是( )
A.A基因的甲基化使基因的表达和表型发生的变化是可遗传的
B.基因A通过控制酶的合成来控制细胞代谢,进而控制小鼠的体型
C.让杂合雌鼠和杂合雄鼠杂交,子代小鼠中正常∶矮小=3∶1
D.基因A在小鼠所有细胞中都可以表达,是细胞分化的标志
解题分析 基因的甲基化属于表观遗传,所以A基因的甲基化使基因的表达和表型发生的变化是可遗传的,A正确;IGF-2是小鼠正常发育所需的一种结构蛋白,缺乏时小鼠个体矮小,由此推测,基因A通过控制蛋白质的结构,直接控制小鼠的体型,B错误;让杂合雌鼠Aa和杂合雄鼠Aa杂交,来自父本的A、a基因都能表达,比例为1∶1;来自母本的A基因被甲基化不能表达,a基因无此功能,所以子代小鼠中正常∶矮小=1∶1,C错误。
答案 A
知识拓展
表观遗传的机制
(1)DNA的甲基化
基因中的碱基序列没有变化,但部分碱基发生了甲基化修饰,抑制了基因的表达,进而影响表型。
(2)构成染色体的组蛋白的乙酰化修饰
真核生物细胞核中的DNA与一些蛋白质结合在一起,带负电荷的DNA“缠绕”在带正电荷的蛋白质(如组蛋白)上,使细长的DNA卷成紧密的结构。乙酰化修饰就是用乙酰基把组蛋白的正电荷屏蔽掉。组蛋白的正电荷一旦减少,其与DNA的结合就会减弱,这部分的DNA就会“松开”,激活相关基因的转录。
(3)RNA干扰
RNA干扰是正常生物体内抑制特定基因表达的一种现象。当细胞中导入或内源产生与某个特定mRNA同源的反义RNA,二者互补配对形成双链时,该mRNA发生降解或者翻译阻滞,导致基因表达沉默,属于转录后水平基因沉默,又称为转录后基因沉默,是表观遗传的重要机制之一。
(4)X染色体随机失活。
[基础对点]
知识点一 基因表达产物与性状的关系
1.牵牛花的颜色主要是由花青素决定的,如图为花青素的合成与颜色变化途径示意图:
从图中不能得出( )
A.花的颜色由多对基因共同控制
B.基因可以通过控制酶的合成来控制代谢过程
C.生物的性状由基因决定,也受环境影响
D.若基因①不表达,则基因②和基因③不表达
答案 D
解析 花青素决定花的颜色,而花青素的合成是由多对基因共同控制的,A正确;基因①②③通过控制酶1、2、3的合成来控制花青素的合成,B正确;花青素在不同酸碱条件下显示不同颜色,说明环境因素也会影响花色,C正确;基因具有独立性,基因①不表达,基因②③仍然能够表达,D错误。
2.如图为人体内基因对性状的控制过程,下列说法错误的是( )
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过程需tRNA的协助
C.过程①②④表明基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状
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
答案 A
解析 人体细胞都是由同一个受精卵发育而来,基因1和基因2在人体的几乎所有细胞中同时存在,A错误;①是转录,需要RNA聚合酶,②是翻译,需要tRNA识别密码子携带氨基酸,B正确。
知识点二 基因的选择性表达与细胞分化
3.有人把能够在所有细胞中表达、维持细胞基本生命活动所必需的基因称为“管家基因”,而把只在特定细胞中表达的基因称为“奢侈基因”。以下相关说法正确的是( )
A.ATP水解酶、膜蛋白、血红蛋白都是“管家基因”的表达产物
B.叶绿素基因属于“管家基因”
C.人的RNA聚合酶基因和抗体基因都属于“管家基因”
D.细胞分化是“奢侈基因”选择性表达的结果
答案 D
解析 ATP水解酶、部分膜蛋白(如水通道蛋白)是管家基因的表达产物,而血红蛋白基因只在红细胞中表达,部分膜蛋白(如一些激素受体)只存在于相应细胞膜的表面,因此血红蛋白和部分膜蛋白是“奢侈基因”表达的产物,A错误;叶绿素基因只在绿色植物的绿色部分表达,如叶肉细胞,属于“奢侈基因”,B错误;人的RNA聚合酶基因可在所有细胞中表达,属于“管家基因”,而抗体基因只在浆细胞中表达,属于“奢侈基因”,C错误。
4.如图为统计同一生物不同细胞不同基因的表达情况,据图分析所得结论不正确的是( )
A.2号基因在所有细胞表达,2号基因有可能是呼吸酶基因
B.1号细胞与6号细胞的结构差异较大
C.5号细胞与7号细胞的功能差异最大
D.如果5号细胞是胰岛B细胞,那么8号基因很可能是胰岛素基因
答案 B
解析 生物体所有细胞都能进行呼吸作用供能,2号基因在所有细胞表达,则2号基因有可能是呼吸酶基因,A正确;1号细胞与6号细胞均表达了2~5号基因,仅1号基因的表达情况不同,可推测1号细胞与6号细胞的结构相似,B错误;5号细胞与7号细胞内表达的基因中相同的仅2号基因,其他细胞间相同表达的基因至少有2个,可推测5号细胞与7号细胞功能差异最大,C正确;胰岛素基因只在胰岛B细胞中表达,8号基因仅在5号细胞中表达,如果5号细胞是胰岛B细胞,那么8号基因很可能是胰岛素基因,D正确。
知识点三 表观遗传
5.蜂王和工蜂都是由受精卵发育而来的,以蜂王浆为食的幼虫将发育成蜂王,而以花粉、花蜜为食的幼虫则发育成工蜂,幼虫发育成蜂王的机理如下图所示。下列叙述不正确的是( )
A.蜂王和工蜂都是二倍体生物
B.推测花粉、花蜜中的物质会抑制Dnmt3的活性
C.DNA甲基化水平是发育成蜂王的关键要素
D.食物可通过影响基因的表达而引起表型的改变
答案 B
解析 由图示可看出,幼虫DNA甲基化减少而发育成蜂王,故DNA甲基化水平是发育成蜂王的关键要素,C正确;由图示可知,蜂王浆可通过抑制幼虫Dnmt3基因表达使其发育成蜂王,以花粉、花蜜为食的幼虫发育成工蜂而不是蜂王,即花粉、花蜜中物质不会抑制Dnmt3的活性,B错误。
6.某种植物的花色受一对等位基因A和a的控制,A基因控制白色色素相关酶的合成,a基因控制红色色素相关酶的合成。纯合白色个体与纯合红色个体杂交,子一代却表现为介于白色和红色之间的不同花色。研究发现,在A基因上游有一段特殊的碱基序列,这段碱基序列可发生DNA甲基化修饰。没有甲基化时,A基因正常表达,表现为白色;甲基化后,A基因的表达就受到抑制。环境差异会导致甲基化程度不同,甲基化越高,A基因的表达受到的抑制越明显,花色就越深。下列说法正确的是( )
A.上述实例说明,基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状
B.上述实例说明,生物的表型并不完全由基因决定,还受环境影响
C.上述实例中DNA甲基化修饰可能会使A基因的复制过程不能正常进行
D.上述实例中A基因上游的特殊序列的高度甲基化修饰会使A突变为a
答案 B
解析 题述实例A基因控制白色色素相关酶的合成,a基因控制红色色素相关酶的合成,说明基因可以通过控制酶的合成来控制代谢过程,从而间接控制生物性状,A错误;环境差异会导致甲基化程度不同,甲基化越高,A基因的表达受到的抑制越明显,花色就越深,而甲基化并不改变遗传物质,说明表型还受环境影响,B正确;DNA甲基化修饰不会抑制A基因的复制,不会改变A基因的碱基序列,也就不会使A突变为a,影响的是A基因的表达,C、D错误。
[能力提升]
7.DNA甲基化是表观遗传中最常见的现象之一。在甲基转移酶的催化下,DNA的胞嘧啶被选择性地添加甲基导致DNA甲基化,进而使染色质高度螺旋化,因此失去转录活性。下列相关叙述不正确的是( )
A.DNA甲基化,不会导致基因碱基序列的改变
B.DNA甲基化,会导致mRNA合成受阻
C.DNA甲基化,不会影响生物的性状
D.DNA甲基化,可能会影响细胞分化
答案 C
解析 DNA的胞嘧啶被选择性地添加甲基导致DNA甲基化,这不会导致基因碱基序列的改变,A正确;DNA甲基化,会使染色质高度螺旋化,因此失去转录活性,导致mRNA合成受阻,进而导致蛋白质合成受阻,这样可能会影响生物的性状,B正确,C错误;细胞分化是基因选择性表达的结果,而DNA甲基化会导致mRNA合成受阻,即会影响基因表达,因此DNA甲基化可能会影响细胞分化,D正确。
8.遗传学家做过这样的实验:果蝇幼虫正常的培养温度是25 ℃,将刚孵化的残翅果蝇幼虫放在31 ℃的环境中培养,得到了一些翅长接近正常的果蝇成虫,这些翅长接近正常的果蝇在正常环境温度下产生的后代仍然是残翅果蝇。结合以上实验内容,分析以下说法不合理的是( )
A.如果将刚孵化的残翅果蝇幼虫放在25 ℃的环境中培养,那么果蝇成虫仍将是残翅
B.这种现象可能属于表观遗传
C.这种实验现象可能是温度影响了酶的活性造成的
D.基因的表达可能会影响果蝇的某些性状
答案 B
解析 表观遗传是可以遗传的,而题上的信息是长翅性状是不能遗传的,故该现象体现的是环境对生物性状的影响,将刚孵化的残翅果蝇放在25 ℃环境中培养,成虫仍将是残翅,A正确,B错误;温度影响酶的活性,酶影响果蝇体内的代谢过程,进而影响生物性状,故实验现象可能是温度影响酶的活性造成的,C正确;酶是蛋白质,也是基因表达的产物,因此基因的表达可能会影响果蝇的某些性状,D正确。
9.喜马拉雅兔初生时全身毛色是白色的,随着成长,身体各个末端部分的毛呈黑色。原因是机体深部温度较高导致合成黑色素相关的酶失去活性,身体末端的温度较低,合成黑色素相关的酶保持催化活性。下列相关叙述不正确的是( )
A.机体深部细胞不含有黑色素合成酶的基因
B.喜马拉雅兔的毛色受环境因素影响
C.较高温度通过破坏酶的空间结构使酶失活
D.与黑色素合成相关的酶其活性对温度敏感
答案 A
10.请回答下列有关遗传学的问题。
图A、B表示某经济植物M的花色遗传、花瓣中色素的控制过程简图。植物M的花色(白色、蓝色和紫色)由常染色体上两对独立遗传的等位基因(A和a,B和b)控制,据图回答:
(1)结合A、B两图可判断A图中甲、乙两植株的基因型分别为________________。
(2)植物M的花色遗传体现了基因可以通过____________________________,从而间接控制该生物的性状。有时发现,A或B基因碱基改变后,该基因控制的性状并不会改变,请从基因表达的角度说明可能的原因____________________________________________________。
(3)若将A图F1紫花植株测交,产生的后代的表型及比例为________________________。可实际的杂交后代中没有出现紫花植株,请推测出现这种现象的原因。
答案 (1)AAbb、aaBB
(2)控制酶的合成来控制代谢过程 遗传密码子具有简并性
(3)紫色∶蓝色∶白色=1∶1∶2 基因型为AaBb的植物出现基因甲基化或A、B基因没有同时表达或环境影响(或其他基因影响、基因突变)等。
解析 (1)分析表格中图B可知,蓝色花基因型可表示为A_bb,紫色花基因型可表示为A_B_,白色花的基因型有aabb、aaB_。因为F1自交后代表型比例为9∶3∶4,推知F1的基因型为AaBb,所以亲代蓝花的基因型为AAbb,白花的基因型为aaBB。
(2)基因控制生物的性状的方式有:基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状或基因通过控制酶的合成来控制细胞的代谢过程,从而间接控制生物的性状。从图中可以看出植物M花色的控制属于第二种。
(3)AaBb(紫色)与aabb(白色)测交,后代AaBb(紫色)∶Aabb(蓝色)∶aaBb(白色)∶aabb(白色)=1∶1∶1∶1,即紫色∶蓝色∶白色=1∶1∶2。从基因、表达产物、甲基化、环境等方面考虑影响性状的因素。
11.表观遗传是指DNA序列不改变,而基因的表达和表型发生可遗传的改变。DNA甲基化是表观遗传中最常见的现象之一。某些基因在启动子上存在富含双核苷酸“CG”的区域,称为“CG岛”。其中的胞嘧啶在发生甲基化后转变成5甲基胞嘧啶但仍能与鸟嘌呤互补配对。细胞中存在两种DNA甲基化酶(如图1所示),从头甲基化酶只作用于非甲基化的DNA,使其半甲基化;维持甲基化酶只作用于DNA的半甲基化位点,使其全甲基化。
(1)由上述材料可知,DNA甲基化______(填“会”或“不会”)改变基因转录产物的碱基序列。
(2)由于图2中过程①的复制方式是________________,所以其产物都是________甲基化的,因此过程②必须经过________________的催化才能获得与亲代分子相同的甲基化状态。
(3)研究发现,启动子中“CG岛”的甲基化会影响相关蛋白质与启动子的结合,从而抑制________________。
(4)5氮杂胞苷(AZA)常用于临床上治疗DNA甲基化引起的疾病。推测AZA可能的作用机制之一是:AZA在____________过程中掺入DNA分子,导致与DNA结合的甲基化酶活性降低,从而降低DNA的甲基化程度。另一种可能的机制是:AZA与“CG岛”中的________竞争甲基化酶,从而降低DNA的甲基化程度。
(5)研究表明,吸烟会使人的体细胞内DNA甲基化水平提高,对染色体组蛋白也会产生影响,也会让男性精子中的DNA甲基化水平升高,精子活力下降。针对该材料,结合自己的生活实际,请谈谈你的看法。
答案 (1)不会
(2)半保留复制 半 维持甲基化酶
(3)基因的表达(或转录)
(4)DNA复制 胞嘧啶
(5)形成良好的生活习惯;为了优生不抽烟;支持、宣传戒烟等。
解析 (1)由材料可知胞嘧啶在发生甲基化后仍能与鸟嘌呤互补配对,由此可知甲基化不会影响转录时DNA与RNA的碱基互补配对,基因转录产物RNA的碱基序列不会发生变化。
(2)①表示DNA复制,方式是半保留复制;因为半保留复制中新合成的DNA单链正常,则其产物为半甲基化的DNA;亲代DNA为全甲基化,②过程表示半甲基化转化为全甲基化过程,需要维持甲基化酶催化。
(3)在转录过程中,RNA聚合酶需要与启动子相结合,催化RNA的合成,启动子中“CG岛”的甲基化会影响RNA聚合酶与启动子结合,从而影响基因的转录,进而影响基因的表达。
(4)甲基化发生在碱基上,位于DNA双螺旋结构的内部,AZA如果作用于甲基化酶,其应该结合于DNA的内部,DNA复制过程中DNA解旋,AZA最可能在此过程中掺入DNA分子;“CG岛”中的胞嘧啶与甲基化酶结合,产生DNA甲基化,故AZA可能会与胞嘧啶竞争甲基化酶,降低DNA甲基化程度。
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导学案: 这是一份高中生物第4章 基因的表达第2节 基因表达与性状的关系导学案,共3页。学案主要包含了新知导学,问题思考,成果检测等内容,欢迎下载使用。
高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第4章 基因的表达第2节 基因表达与性状的关系学案设计: 这是一份高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第4章 基因的表达第2节 基因表达与性状的关系学案设计,共39页。
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