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课堂教学ppt课件

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一、基因表达产物与性状的关系
二、基因的选择性表达与细胞分化1.生物体多种性状的形成,都是以细胞分化为基础的。同一生物体中不同类型的细胞,基因都是相同的,而形态、结构和功能各不相同。2.在不同类型的细胞中,表达的基因有两类。(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、胰岛素基因等。3.细胞分化的本质就是基因的选择性表达。
三、表观遗传1.表观遗传是指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。2.表观遗传现象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.表观遗传的类型有DNA甲基化、组蛋白甲基化和乙酰化等。
4.基因与性状间的对应关系
(2)生物体的性状还受环境的影响。(3)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,这种相互作用形成一个错综复杂的网络,精细地调控着生物体的性状。【微思考】 同一株水毛茛,裸露在空气中的叶是扁平的叶片,而浸在水中的叶片却分裂成丝状。这能够说明基因型、表型和环境的什么关系?提示 表型是在基因型和环境因素等的相互作用下共同影响的。
自我检测1.判断下列有关基因表达与性状的关系的叙述是否正确。(1)基因与性状的关系是一对一的线性关系。(　　)(2)生物体的一种性状有时受多个基因的影响。(　　)(3)在一个细胞中所含的基因都一定表达。(　　)(4)基因的选择性表达与基因表达的调控有关。(　　)(5)表观遗传现象比较少见,不能普遍存在于生物体整个生命活动过程中。(　　)
2.下图是人体内苯丙氨酸与酪氨酸代谢的部分途径,下列相关叙述正确的是(　　)A.基因①②③一般不会同时出现在人体内的同一个细胞中B.苯丙酮尿症的患者一定会因为黑色素不能合成同时患上白化病C.当人体衰老时,酶2的活性降低导致头发变白D.基因①②③的功能说明基因通过控制酶的合成从而控制生物的性状
答案 C解析 同一个体体细胞中所含基因一般相同,A项错误;苯丙酮尿症患者可以从外界摄取酪氨酸,酪氨酸在酶2的催化作用下转变成黑色素,因此苯丙酮尿症的患者不一定患白化病,B项错误;人体衰老时,酶2活性降低,酪氨酸转化成黑色素的效率变低,导致老年人的头发变白,C项正确;基因①②的功能说明基因通过控制酶的合成从而控制生物的性状,基因③的功能说明基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状,D项错误。
3.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,失去转录活性。下列相关叙述不正确的是(　　)A.DNA甲基化,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,可能会影响生物的性状D.DNA甲基化,可能会影响细胞分化
答案 A解析 由题干信息可知,DNA甲基化是指DNA的胞嘧啶被选择性地添加甲基,这不会导致基因碱基序列的改变,A项错误;DNA甲基化,会使染色质高度螺旋化,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、C两项正确;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,即会影响基因的表达,因此DNA甲基化可能会影响细胞分化,D项正确。
【情境探究】1.[模式图分析] 基因对性状的控制豌豆的粒型有圆粒和皱粒,下图甲是皱粒豌豆的形成机理;囊性纤维化是北美白种人中常见的一种遗传病,下图乙是该病的致病机理。
结合上图讨论并解决下列问题。(1)豌豆出现皱粒的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,淀粉在细胞内具有保水作用,当豌豆成熟后,淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩。由此说明,基因通过控制　　　　　　　　　　　　　　　　　　,进而控制生物体的性状。 (2)囊性纤维化患者的肺功能严重受损,其患病的直接原因是　　　　　　　　　　　　　,根本原因是　　　　　　　　　　　。通过囊性纤维化的致病机理可知,基因通过控制　　　　　　　　　　　　　直接控制生物体的性状。 
提示 (1)外来DNA序列插入编码淀粉分支酶的基因,导致该基因控制合成的淀粉分支酶异常,活性降低,进而使淀粉含量下降　酶的合成来控制代谢过程　(2)CFTR蛋白结构异常　编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基,发生了基因突变　蛋白质的结构
2.[材料分析] 基因表达产物与性状的关系如图为人体内基因对性状的控制过程。(1)图中进行①②过程的场所分别是　　　、　　　。 
(2)镰刀型细胞贫血症的直接致病原因是　　　　　　　　　的改变。 (3)人体衰老引起白发的直接原因是图中的　　　　 　　　。 
【探究应用】1.(多选)下列关于基因对性状控制的叙述,错误的是(　　)A.白化病患者缺乏酪氨酸酶,体现基因通过控制酶的合成间接控制生物体性状B.同一株水毛茛在空气和水中的叶形不同,体现性状是由环境决定的C.原发性高血压与多对基因的表达产物有关,体现基因与基因共同作用控制性状D.抗生素阻止细菌内tRNA和mRNA的结合,体现抗生素通过影响转录而影响性状
答案 BD解析 白化病患者由于基因异常而缺乏酪氨酸酶影响了色素的合成,进而导致性状发生改变,体现了基因通过控制酶的合成间接控制生物体的性状,A项正确;同一株水毛茛的细胞内遗传物质相同,但是在空气和水中的叶形不同,体现了性状由基因和环境共同决定,B项错误;原发性高血压与多对基因的表达产物有关,该性状体现了基因与基因共同作用控制性状,C项正确;抗生素阻止细菌内tRNA和mRNA的结合,体现抗生素通过影响翻译而影响性状,D项错误。
2.人类白化病和苯丙酮尿症是由于代谢异常引起的疾病,下图表示在人体代谢中产生这两类疾病的过程。从图中不能得出的结论是(　　)A.基因可以通过控制蛋白质的结构来控制生物的性状B.基因可以通过控制酶的合成来控制生物的性状C.一个基因可以控制多种性状D.一个性状可以由多个基因控制
答案 A解析 苯丙酮酸、多巴胺和黑色素的异常与酶的合成有密切的关系,而酶的合成是由基因控制的;若基因1发生变化,则多巴胺和黑色素的合成都受影响;多巴胺和黑色素的合成都受多个基因的控制。
3.下面是关于基因、蛋白质和性状之间关系的叙述,其中不正确的是(　　)A.基因可以决定性状B.蛋白质的结构可以直接影响性状C.基因控制性状是通过控制蛋白质的合成来实现的D.蛋白质的功能可以控制性状答案 D解析 蛋白质是生物体性状的直接体现者,基因控制蛋白质的合成,因此基因才是性状的控制者。基因可通过控制蛋白质的结构直接影响性状,也可通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物的性状。
【情境探究】1.[实验分析] 科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞,对这3种细胞的DNA和mRNA进行了检测,结果如下表。
　说明:“+”表示检测到相应的分子,“-”表示未检测到相应的分子。
(1)这三种细胞中的基因组成是否相同?它们合成的蛋白质种类是否相同?提示 这三种细胞都属于鸡的体细胞,经有丝分裂而来,因此基因组成相同,但是这三种细胞合成的蛋白质种类不同。(2)三种细胞中都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因,但是每种细胞只检测到了其中一种基因的mRNA,这说明什么问题?提示 在高度分化的体细胞中,基因是选择性表达的。同一个体不同种类的体细胞中,DNA(基因)相同,而RNA、蛋白质的种类不同。(3)细胞分化的分子水平标志是　　　;细胞水平标志是　　　　　。 提示 基因选择性表达,合成了某种细胞特有的蛋白质　形成不同种类的细胞
2.[科学思维] 细胞分化哪些“变”与哪些“不变”?提示 ①改变:mRNA、蛋白质的种类,细胞的形态、结构和功能。②不变:DNA、tRNA、rRNA、细胞的数目。3.[材料分析] 科学家对比分析骨骼肌细胞和心肌细胞时发现,通常情况下,它们的核DNA完全相同,但是含有蛋白质种类有所不同。说明细胞分化时　　　　　　　　不变,其本质是　　　　　　　　　　　　的结果。 提示 遗传物质　基因选择性表达
【归纳提升】1.细胞分化是基因选择性表达的结果。同一生物的各种体细胞具有相同的遗传物质,但不同的体细胞中遗传信息的执行情况不同,即基因的选择性表达。
(1)从起源上看,甲、乙两种细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂增殖而来的,根据有丝分裂的特征,染色体经复制后平均分配到两个子细胞中,所以甲、乙中遗传信息是一样的。(2)从发育过程上看,不同细胞中遗传信息的执行情况不同,于是就产生了与细胞功能相适应的蛋白质。2.基因的选择性表达与基因表达的调控有关。
答案 C解析 蛋白质是生命活动的承担者,合成蛋白质的场所是核糖体,所有细胞中都含有核糖体,而基因2在每种细胞中都表达,所以控制核糖体蛋白质合成的基因最有可能是基因2,A项错误;细胞呼吸酶基因,在每种细胞中都表达,最有可能是基因2,B项错误;据图分析,细胞a表达基因1~5,细胞f表达基因2~5,表达的相同基因最多,表达的差异基因最少,则细胞a和f功能最为近似,功能差异最大的是细胞e和g,C项正确;细胞分化是基因选择性表达的结果,细胞分化使不同细胞中RNA不完全相同,但有的基因在每个细胞中都表达,如呼吸酶基因等,D项错误。
2.取同种生物的不同类型的细胞,检测其基因表达情况,结果如右图。已知①②③④分别指代晶状体蛋白基因、胰岛素基因、呼吸酶基因和血红蛋白基因。则图中基因1和基因4最可能分别是(　　)A.①③B.③④C.②④ D.①②
答案 B解析 晶状体蛋白基因、胰岛素基因、血红蛋白基因分别在晶状体细胞、胰岛B细胞和红细胞中表达;呼吸酶基因在所有活细胞中都表达。
3.人的胰岛素和胰岛素酶的主要成分都是蛋白质,但合成这两种蛋白质的细胞的功能却完全不同,其根本原因是(　　)A.遗传信息不同B.遗传信息的执行情况不同C.组成蛋白质的氨基酸的种类、数量和排列顺序不同D.细胞器的数量不同答案 B解析 题干中两种细胞均来自同一受精卵,其核遗传物质是相同的,之所以表现出不同的功能,是因为基因的选择性表达,即遗传信息的执行情况不同。
【情境探究】1.[材料分析] 结合教材P73“思考·讨论”提供的资料,讨论并解决下列问题。(1)资料1中,柳穿鱼植株A和植株B体内的Lcyc基因的碱基序列是否相同?为什么植株A、B的花形态结构出现差异?提示 柳穿鱼植株A和植株B体内的Lcyc基因的碱基序列是相同的。植株B体内的Lcyc基因被高度甲基化,从而不能表达。
(2)植株A和植株B杂交后,F1的花为什么跟植株A相似?F2中为什么有些植株的花与植株B相似?提示 植株A和植株B杂交后,F1体内成对的Lcyc基因,一个来自植株A,一个来自植株B,来自植株B的Lcyc基因被甲基化而不能表达,但来自植株A的Lcyc基因可以正常表达,因此F1的花与植株A相似。F1自交产生F2,发生性状分离现象,因而大部分与A相似,少部分与B相似。
(3)资料2中,F1小鼠基因型是Avya,小鼠毛色为什么不是黄色而是表现出介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型?提示 因为小鼠的Avy基因的前端有一段特殊的碱基序列,该序列有多个可发生甲基化的位点,当该序列发生甲基化后Avy基因表达受抑制,并且甲基化程度越高,Avy基因的表达受到的抑制越明显,小鼠的毛色就越深。(4)资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点?你对基因和性状的关系有什么新的认识?提示 控制柳穿鱼花形态的基因和控制小鼠毛色的基因的碱基序列都没有发生改变,但是某些碱基发生了甲基化,从而影响了基因的表达。虽然甲基化的基因的碱基序列没有改变,但基因的表达和表型会发生可遗传变化。
2.[总结]表观遗传的特点
3.[生命观念] 遗传物质完全相同的同卵双胞胎,生活在相同的环境中,为什么性状不完全相同?提示 可能由于DNA发生了甲基化。
4.[科学思维] 表观遗传是否遵循孟德尔遗传规律?如何传递被修饰的基因?表观遗传一般影响什么过程,进而影响蛋白质的合成?提示 ①表观遗传不遵循孟德尔遗传规律;②表观遗传可以通过有丝分裂和减数分裂传递被修饰的基因;③表观遗传一般通过影响基因的转录过程,进而影响蛋白质的合成。5.[社会责任] 有研究表明,吸烟可以通过升高DNA的甲基化水平,从而导致癌症的发生,DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变,从而控制　　　　　　　　过程。 提示 基因表达
【归纳提升】1.受表观遗传与环境因素影响性状差异的区别受环境因素影响出现的性状差异是不能遗传的,而表观遗传引起的性状差异是可遗传的。
2.基因与性状的关系
(1)一般而言,一个基因决定一种性状。但基因与性状的关系并非简单的一一对应关系,某种性状可能受多个基因控制,一个基因也可能和多种性状有关。(2)生物的性状是基因和环境共同作用的结果。拓展延伸(1)DNA甲基化:DNA分子中的碱基被选择性加上甲基的现象。某个基因发生足够多的甲基化后,其转录会被阻止,从而被关闭。甲基化被移除,基因就会被开启。(2)组蛋白修饰:组成染色体的蛋白质分为组蛋白和非组蛋白。其中组蛋白是决定染色体螺旋程度的重要因素,组蛋白常受到多种化学修饰,如甲基化、乙酰化等,被称为组蛋白修饰。组蛋白修饰可通过影响染色体螺旋化程度,从而影响基因的表达。
【探究应用】1.基因上游序列的胞嘧啶被甲基化后转变成5-甲基胞嘧啶,导致相应的基因失活而不能转录;未被甲基化的基因仍可以控制合成相应的蛋白质。DNA的甲基化可调控基因的表达,调控简图如下,下列分析正确的是(　　)A.甲基化直接抑制基因的翻译从而使基因无法控制合成相应的蛋白质B.甲基化的基因片段不能解开双链并与DNA聚合酶结合C.甲基化改变了DNA分子的化学元素组成和碱基中嘌呤的比例D.人体肌细胞中与血红蛋白合成有关的基因可能被甲基化
答案 D解析 DNA的甲基化起到调控基因表达的作用,其主要的机制是影响基因的转录过程,DNA甲基化细胞仍然可能进行增殖,DNA仍可进行复制,因此甲基化的基因片段可解开双链并与DNA聚合酶结合进行DNA的复制,A、B两项错误;甲基化不能改变DNA分子的化学元素组成(C、H、O、N、P)和碱基中嘌呤的比例(仍为全部碱基的1/2),C项错误;人体肌细胞中不能合成血红蛋白,可能是肌细胞中与血红蛋白合成有关的基因被甲基化而无法表达,D项正确。