高中生物浙科版 (2019)必修2《遗传与进化》第五节 生物体存在表观遗传现象学案及答案

第五节　生物体存在表观遗传现象

[学习目标]　1.表观遗传的实例，使学生明确其与经典遗传学的区别。2.表观遗传形成的原因如何传递给子代。

知识点一　基因序列不变，表型可能改变

1．表观遗传现象概念：亲代传递给后代的DNA序列没有改变，亲代在生活中由于生活环境或生活习惯的改变而引起的身体状况变化，也会通过某种途径遗传给下一代，即父母的生活经历可以通过DNA序列以外的方式遗传给后代。

2．遗传学与表观遗传学的区别

表观遗传学是与遗传学相对应的概念。①遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平的变化，如基因突变等。②表观遗传学则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平的变化，即环境变化引起的性状改变，影响基因表达，但不改变DNA序列。

　表观遗传现象是基因序列的改变引起的吗？

提示：表观遗传现象不是基因序列的改变引起的。

[例1]　表观遗传学三个层面的含义不包括(　　)

A．可遗传性，可在细胞或个体世代间遗传

B．基因表达的可塑性

C．无DNA序列的变化

D．可遗传性，可在细胞世代间遗传但不可在个体世代间遗传

解题分析　表观遗传学既可在细胞世代间也可在个体世代间遗传。

答案　D

[例2]　柳穿鱼是一种园林花卉，其花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。A、B两株柳穿鱼体内Lcyc基因的碱基序列完全相同，只是植株A的Lcyc基因在开花时表达，植株B的Lcyc基因被高度甲基化(Lcyc基因有多个碱基连接了甲基)，开花时不能表达，从而导致A、B植株的花明显不同。将A、B植株作亲本进行杂交，F1的花与植株A相同，F1自交的F2中绝大部分植株的花与植株A相同，少部分植株的花与植株B相同，科学家将这种特殊的遗传方式称作表观遗传。据此判断，下列有关说法错误的是(　　)

A．上述柳穿鱼的杂交情况说明植株B的Lcyc基因发生了隐性突变

B．细胞中基因表达与否以及表达水平的高低会导致生物的性状发生差异

C．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

D．基因组成完全相同的同卵双胞胎具有的微小差异可能与表观遗传有关

解题分析　因为A、B两株柳穿鱼体内Lcyc基因的碱基序列完全相同，只存在能否表达的差异，说明没有发生基因突变，A错误；从A、B植株作亲本进行杂交的F1和F2情况分析，植株B的Lcyc基因碱基与植株A相同，仅因被高度甲基化后不能表达，基因不表达会使其花的性状与植株A的性状出现明显差异，B正确；A、B植株的差异在F2中重新出现，说明细胞中基因表达与否以及表达水平的高低会导致生物的性状发生改变并遗传下去，属于可遗传变异，C正确；表观遗传即为碱基序列相同的情况下，性状表现出现差异的现象，推测基因组成相同的同卵双胞胎具有微小差异与表现遗传有一定关系，D正确。

答案　A

知识点二　改变了的表型有些可以遗传

1．表观遗传的机制：DNA甲基化的状况和组蛋白乙酰化的程度影响了DNA内存储的信息能否被读取。

2．表观遗传修饰

不通过DNA序列改变而影响身体的性状且能遗传给子代，这样的变化称为表观遗传修饰，即发生DNA序列外的变化。

3．表观遗传的影响：有些表观遗传修饰对身体的影响很大。

4．表观遗传的意义：可以使生物打破DNA变化缓慢的限制，使后代能迅速获得亲代应对环境因素做出的反应而发生的变化，这对生物种群的生存和繁衍可能是有利的，也可能是有害的，如不良的环境和生活习惯对后代产生不利的影响。

　DNA甲基化能改变DNA中碱基序列吗？

提示：不能，DNA甲基化是DNA化学修饰的一种形式，能够在不改变DNA碱基序列的前提下，改变遗传表型。

[例]　有关表观遗传的叙述，正确的是(　　)

A．表观遗传的现象只存在于某些动物的生命活动中

B．DNA的甲基化水平升高，会抑制某些基因的表达，进而对表型产生影响

C．DNA分子存在甲基化现象，但是其他大分子不会发生甲基化

D．表观遗传的性状，不能遗传给下一代

答案　B

1．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，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　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错误；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，B正确；DNA甲基化会导致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，C正确；细胞分化的实质是基因的选择性表达，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。

2．以下不属于表观遗传特点的是(　　)

A．可以遗传

B．可能导致基因组碱基的改变

C．可能引起疾病

D．DNA序列没有发生改变

答案　B

解析　表观遗传可以遗传，A错误；表观遗传基因组碱基序列不发生改变，B正确；表观遗传涉及整体的基因表达调控，可能引起疾病，C错误；表观遗传没有DNA序列的改变，D错误。

3．下列关于表观遗传的说法不正确的是(　　)

A．表观遗传的分子生物学基础是DNA的甲基化和组蛋白的乙酰化

B．表观遗传现象中，生物表型发生变化是由于基因的碱基序列改变

C．表观遗传现象与外界环境关系密切

D．DNA甲基化的修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表型

答案　B

解析　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。这一现象出现的原因是DNA的甲基化、染色体上的组蛋白发生乙酰化等，A正确，B错误；外界环境会引起细胞中DNA甲基化水平变化，从而引起表观遗传现象的出现，C正确；DNA甲基化的修饰可以通过配子传递给后代，使后代出现同样的表型，D正确。

4．表观遗传是生物体中基因碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象，回答下列问题：

(1)DNA甲基化是指在DNA碱基上选择性添加甲基，是表观遗传中常见的现象之一。某些基因非编码区的—CCGG—位点被甲基化后，使________酶不能与之结合，抑制转录过程，从而导致生物的________________发生改变。去甲基化后，该基因恢复功能。

(2)研究发现：小鼠胚胎中只要来自父方的A、a基因均不会甲基化(原来甲基化的基因去甲基化)，来自母方的A、a基因均被甲基化。现有纯合矮小雌鼠(aa)与纯合正常雄鼠(AA)杂交，则F1的表型为______________，F1雌雄个体随机交配，F2的表型及比例为__________________。

答案　(1)RNA聚合　表型(性状、基因表达)

(2)全部正常(正常)　正常∶矮小＝1∶1

解析　(1)转录需要RNA聚合酶的催化，故某些基因非编码区的—CCGG—位点被甲基化后，使RNA聚合酶不能与之结合，抑制转录过程，从而导致生物的性状发生改变。

(2)纯合矮小雌鼠(aa)与纯合正常雄鼠(AA)杂交，则F1的基因型为Aa，其中来自父本的A未被甲基化，故子一代全部正常；子一代自由交配时，作为母本的Aa产生的配子A和a均被甲基化，而作为父本的Aa产生的A和a均未被甲基化，故子二代中正常∶矮小＝1∶1。

知识点一　基因序列不变，表型可能改变

1.下列现象最可能与表观遗传相关的是(　　)

A．一株水毛茛水下的叶型和水上的不同

B．烟草烟雾使精子甲基化水平升高使其活性下降

C．相同基因型的植物在营养液里长势比在清水里好

D．两只红眼的雌雄果蝇杂交后代出现白眼雄果蝇

答案　B

解析　表观遗传现象是指基因表达发生改变但不涉及DNA序列的变化，能够在代与代之间传递。一株水毛茛水下的叶型和水上的不同是基因与环境共同作用的结果，A错误；烟草烟雾使精子甲基化水平升高使其活性下降，属于DNA甲基化，与表观遗传有关，B正确；相同基因型的植物在营养液里长势比在清水里好，是环境引起的不可遗传的变异，C错误；两只红眼的雌雄果蝇杂交后代出现白眼雄果蝇，可能的原因是亲本红眼雌蝇为杂合子，则可生出白眼雄果蝇，D错误。

2．下列关于表观遗传的说法，错误的是(　　)

A．表观遗传现象的发现使“基因的碱基序列代表了全部的遗传信息”的观点受到挑战

B．表观遗传导致的性状改变可以遗传给下一代

C．表观遗传可解释为基因在转录和翻译过程中发生了一些稳定性的改变

D．表观遗传现象仅出现在某些特定生命活动过程

答案　D

解析　表观遗传现象是指基因表达发生改变但基因的碱基序列不变，表观遗传现象的发现使“基因的碱基序列代表了全部的遗传信息”的观点受到挑战，A正确；表观遗传可解释为基因在转录和翻译过程中发生了一些稳定性的改变，而出现的基因相同而性状不同的现象，C正确；表观遗传现象在生物体的生长发育过程中普遍存在，D错误。

知识点二　改变了的表型有些可以遗传

3.关于表观遗传的理解，下列说法正确的是(　　)

A．DNA的甲基化与环境因素无关

B.DNA的甲基化影响基因的翻译过程

C．表观遗传现象不符合孟德尔遗传定律

D.DNA的甲基化导致基因的碱基序列改变

答案　C

解析　环境因素会影响DNA的甲基化，A错误；DNA的甲基化影响基因的转录过程，B错误；表观遗传现象不符合孟德尔遗传定律，C正确；DNA的甲基化不会导致基因的碱基序列改变，D错误。

4．对表观遗传的生物学意义的表述错误的是(　　)

A．补充了“中心法则”，阐明核酸并不是存储遗传信息的唯一载体

B．“表观遗传修饰”可以影响基因的转录和翻译

C．表观遗传学修饰的可遗传性在基因和环境的共同作用中起重要作用

D．“表观遗传修饰”不能在个体世代间遗传

答案　D

解析　“表观遗传修饰”能在个体世代间遗传，D错误。

5．表观遗传现象普遍存在于生物体生命活动过程中，下列有关表观遗传的叙述，错误的是(　　)

A．柳穿鱼Leyc基因的部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达

B．基因组成相同的同卵双胞胎所具有的微小差异与表观遗传有关

C．表观遗传现象发生在减数分裂产生配子的过程中，能遗传给后代

D．构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰也会影响基因的表达

答案　C

解析　表观遗传由于基因型未发生改变，故不能通过减数分裂遗传给后代，C错误。

6．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．碱基甲基化可以影响基因的表达

C．碱基甲基化不影响碱基互补配对过程

D．甲基化是引起基因序列改变的常见方式

答案　D

解析　A基因上二核苷酸(CpG)胞嘧啶有不同程度的甲基化现象出现，甲基化不影响基因DNA复制，甲基化可能影响RNA聚合酶与该基因的结合，从而影响该基因的表达。A基因上二核苷酸(CpG)胞嘧啶有不同程度的甲基化现象出现，但是没有改变碱基，D错误。

7．某种实验小鼠的黄色体毛(B)对黑色体毛(b)为显性。将纯种黄色体毛的小鼠与纯种黑色体毛的小鼠杂交，F1小鼠表现出不同的毛色：介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型。研究表明，B基因的某段序列具有多个可发生甲基化修饰的位点，其甲基化程度越高，B基因的表达水平越低。下列叙述错误的是(　　)

A．F1小鼠的基因型都是Bb

B．B基因的甲基化修饰需要相关酶的参与

C．发生甲基化修饰的位点越多，B基因的表达受到的抑制越明显

D．甲基化修饰改变了B基因中碱基对排列顺序，从而导致性状改变

答案　D

解析　纯种黄色与纯种黑色杂交，正常情况下，产生的后代的基因型并未改变，即都为Bb，A正确；B基因的甲基化需要酶的修饰，B正确；B基因甲基化程度越高，B基因的表达水平越低，说明发生甲基化修饰的位点越多，B基因的表达受到的抑制越明显，C正确；甲基化修饰并未引起B基因的碱基对排列顺序发生改变，D错误。

8．将遗传背景相同的大鼠幼崽随机分为2组，分别由“负责任”的母鼠(善于舔舐和清洁幼崽)和“不负责任”的母鼠(不善于舔舐和清洁幼崽)抚养，这两组幼鼠成年后的行为出现了明显不同。进一步研究发现，这两组幼鼠成年后行为出现差异的原因是大鼠体内有几个行为相关基因的表达存在差异，但基因的碱基序列并没有改变，这种差异在后代中仍会保持。下列说法错误的是(　　)

A．个体的表型受到基因型和环境的影响

B．大鼠成年前被抚养的经历可影响到其下一代的性状

C．增加上述两种母鼠所生幼鼠的互换抚养实验可以增加说服力

D．母鼠的抚养行为可通过影响幼鼠的DNA的复制进而影响幼鼠的表现

答案　D

解析　个体的表型受到基因型和环境的影响，A正确；结合题干信息“这两组幼鼠成年后的行为出现了明显不同”“这种差异在后代中仍会保持”可知，大鼠成年前被抚养的经历会影响到下一代的性状，B正确；增加题干所述两种母鼠所生幼鼠的互换扶养实验可以增加说服力，C正确；由题干信息“两组幼鼠成年后行为出现差异的原因是大鼠体内有几个行为相关基因的表达存在差异，但基因的碱基序列并没有改变”可知，母鼠的抚养行为通过影响幼鼠体内几个行为相关基因的表达，从而影响幼鼠成年后的行为，并未改变幼鼠基因，由题干信息也不能得出母鼠的抚养行为会影响幼鼠DNA的复制，D错误。

9．请阅读下面科普短文，并回答问题。

你知道吗？长期、持久的生活习惯或环境改变，可能会让我们的基因发生适应性的改变，而发生改变的基因，或许会遗传给下一代。你高于同伴的水下憋气能力，有可能是从父辈那里继承来的；你的祖辈经历过的“创伤”，会在你的身上“完美”地复制下来；你现在不良的生活方式，也会对基因产生绝对性的影响。也就是说，在一定程度上，你可以改变你的遗传特性。但这并不意味着我们的生命不是由基因决定的。实际上，遗传基因以我们无法想象的方式，影响和塑造着我们的生活。

分子生物学研究揭示，某些环境因素虽然没有改变基因的碱基序列，却会引起基因序列等的特定化学修饰，即表观修饰，进而影响基因表达，且这种表观修饰还可能传递给后代，使子代表型发生变化，这通常被称为表观遗传。甲基化作用是一种常见的表观修饰，甲基化的工作原理，就是将由氢和碳组成的三叶草状的化合物(—CH3，甲基)，附加在DNA上改变基因结构，通过这种方式使细胞按照我们所要求的形式存在和行动，或是继续秉承上一代的要求活动。甲基化作用“标记”对基因的开启或关闭会带来癌症、糖尿病或出生缺陷，也能影响基因表达而让我们更健康、更长寿。

正因为表观遗传学效应对生物演化、适应环境有着重要的作用，它造成的适应性状改变势必应该被遗传下来。内地人进入高原往往会产生严重的高原反应。研究发现，胚胎期或者发育期高原低氧有可能引起表观遗传的改变，导致机体对高原的长期适应。另一方面，一些环境造成的伤害也是遗毒甚远，哪怕当初的环境改变并没有持续。上世纪80年代，研究者追踪瑞典某小镇从小有暴食习惯的男性，发现他们孙辈的平均寿命竟比同龄正常进食男性的孙辈短32年。

案例表明，基因组似乎能够“记忆”它所接触的某些环境影响。表观遗传效应通常只影响成人的体细胞，关闭基因表达或调控基因活性；不过，有些表观遗传也能改变精子和卵细胞，这样就能将获得性状遗传给后代。

(1)有人认为“表观遗传效应一定会将表观修饰遗传给后代”，请结合文中内容和你对遗传信息的理解，判断这一观点是否正确，并阐述理由。________________________________________________________________。

(2)通过阅读本文关于表观遗传的介绍，如何运用表观遗传学知识指导我们的生活？______________________________________。

答案　(1)不正确，表观遗传效应通常只影响成人的体细胞，关闭基因表达或调控基因活性；不过，如果这些表观遗传未能改变精子和卵细胞，表观修饰就不能遗传给后代　(2)通过阅读本文关于表观遗传的介绍，我们可以通过改变不良的生活习惯，建立良好的生活习惯和树立积极向上的心态去影响和改变我们的表观遗传

解析　(1)有人认为“表观遗传效应一定会将表观修饰遗传给后代”，这句话是不正确的，因为由题文可知，表观遗传效应通常只影响成人的体细胞，关闭基因表达或调控基因活性；不过，如果这些表观遗传未能改变精子和卵细胞，表观修饰就不能遗传给后代。