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集体备课课件ppt

这是一份高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第2节 基因表达与性状的关系集体备课课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了知识概览，2实例，2小鼠的毛色，答案B，答案A，答案D等内容，欢迎下载使用。
目 标 素 养1.通过分析实例,明确基因控制性状的两种方式,归纳基因表达产物与性状的关系。2.通过比较同一生物体不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果,运用结构与功能观,认识细胞分化是基因选择性表达的结果。3.通过分析柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传现象,概述表观遗传现象。4.阐明基因、环境与性状之间的复杂关系,认同生命的复杂性。
一、基因表达产物与性状的关系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.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。
微思考下图为豌豆的圆粒和皱粒的形成机制图解。图中豌豆为圆粒或皱粒与哪种基因和酶有关?为什么相关基因异常则为皱粒?
提示:豌豆为圆粒或皱粒与豌豆的淀粉分支酶基因及其表达的产物——淀粉分支酶有关。如果淀粉分支酶基因异常,则合成的淀粉分支酶异常,活性大大降低,导致淀粉合成受阻,含量降低。淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩,表现为皱粒。
微判断1下图为人体内基因对性状的控制过程,判断下列相关表述是否正确。
(1)基因1和基因2一般不会出现在人体内的同一个细胞中。(　　)(2)图中过程①需要RNA聚合酶的催化,过程②需要tRNA的协助。(　　)
(3)过程④⑤的结果存在差异的直接原因是血红蛋白结构的不同。(　　)(4)图中过程①②发生的场所分别是细胞核、细胞质中的核糖体。(　　)(5)人体衰老引起白发的原因是图中酪氨酸酶不能合成。(　　)(6)基因控制囊性纤维化与基因2控制性状的方式相同。(　　)
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、结构和功能却各不相同。
2.表达基因的分类[连线]
3.细胞分化的本质是基因的选择性表达。基因的选择性表达与基因表达的调控有关。
微判断2基于基因的选择性表达与细胞分化相关知识,判断下列叙述是否正确。(1)肌细胞与肝细胞中的基因、mRNA、蛋白质均不同。(　　)(2)胰岛B细胞有胰岛素基因而无抗体基因,故可以产生胰岛素而不能产生抗体。(　　)(3)同一个体的小肠上皮细胞和平滑肌细胞所含基因不同。(　　)
(4)断尾壁虎长出新尾巴过程中发生了细胞分化。(　　)(5)ATP合成酶基因属于奢侈基因,在不同细胞中选择性表达。(　　)
三、表观遗传1.表观遗传: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。其实例如下所示。(1)柳穿鱼花的形态结构
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.表观遗传类型:除了DNA甲基化,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。4.吸烟与人体健康的关系吸烟会使人的体细胞内DNA的甲基化水平升高,对染色体上的组蛋白也会产生影响。
四、基因与性状的关系1.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。
2.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,人的身高是由多个基因决定的,其中每个基因对身高都有一定的作用。(2)一个基因也可以影响多个性状。例如,我国科学家研究发现水稻中的Ghd7基因编码的蛋白质不仅参与了开花的调控,而且对水稻的生长、发育和产量都有重要作用。
(3)生物体的性状不完全是由基因决定的,环境对性状也有着重要影响。
微判断3个体的性状和细胞的分化都取决于基因的表达及其调控。判断下列相关表述是否正确。(1)细胞分化是基因选择性表达的结果。(　　)(2)生物体的基因型相同,表型就一定相同。(　　)(3)基因的选择性表达与基因表达的调控有关。(　　)(4)吸烟会使人的体细胞内DNA的甲基化水平升高。(　　)(5)表观遗传现象比较少见,并非普遍存在于生物体的整个生命活动过程中。(　　)(6)基因与性状是一一对应的关系。(　　)
(7)细胞分化形成的细胞一般会保持分化后的状态,不可逆转。(　　)(8)生物体内所有的细胞都要发生细胞分化。(　　)(9)表观遗传现象由于基因的碱基序列没有改变,因此不会遗传给下一代。(　　)
一 基因表达产物与性状的关系问题探究牵牛花的颜色主要是由花青素决定的,下图为花青素的合成与颜色变化途径示意图,请回答下列问题。
1.图中反映了基因控制生物体性状的哪条途径?除此之外,另一条途径是什么?提示:图中反映的途径是基因可以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。另一条途径是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。2.牵牛花的颜色只由一对基因控制吗?提示:不是。牵牛花的颜色由多对基因共同控制。3.牵牛花的颜色还与细胞中的pH有关,这说明什么?提示:生物体的性状也受环境影响。
归纳总结基因控制性状的方式
典例剖析【例1】 下图为豌豆种子圆粒性状的产生机制。据图判断,下列叙述错误的是(　　)A.图中显示了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B.当编码淀粉分支酶的基因被打乱时,细胞内淀粉的含量会上升C.皱粒种子中蔗糖含量相对较高,味道更甜美D.图中①②过程中碱基互补配对的方式有差异
解析:题图显示了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,A项正确。当编码淀粉分支酶的基因被打乱时,会导致淀粉分支酶异常,活性大大降低,从而使淀粉的含量下降,B项错误。皱粒种子中淀粉含量相对较低,而蔗糖含量相对较高,种子的甜度增加,C项正确。题图中①②过程分别为转录和翻译,都会发生碱基互补配对,其中转录过程中有T和A配对,而翻译过程中没有,D项正确。
学以致用1.人类白化病和苯丙酮尿症是由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。由图不能得出的结论是(　　)
A.基因可以通过控制蛋白质的结构来控制生物体的性状B.基因可以通过控制酶的合成来控制生物体的性状C.一个基因可以控制多个性状D.一个性状可以由多个基因控制
解析:由题图可知,苯丙酮酸、多巴胺和黑色素等物质的代谢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也都受多个基因的控制。
二 基因的选择性表达与细胞分化问题探究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,结果如下表所示。
注“+”表示检测发现相应的分子,“-”表示检测未发现相应的分子。
1.这3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3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,但是它们合成的蛋白质种类不同。2.3种细胞中都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因,但是在每种细胞中只检测到了一种基因的mRNA,由此说明什么问题?提示:细胞中并不是所有的基因都会表达,基因的表达具有选择性。
3.鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞的形态、结构和功能明显不同,请从分子水平解释其成因。提示:基因的选择性表达→转录出不同类型的mRNA→翻译出不同类型的蛋白质→分化出形态、结构和功能不同的细胞。
二 基因的选择性表达与细胞分化归纳总结1.细胞分化的实质基因的选择性表达,即在个体发育过程中,不同的细胞中遗传信息的执行情况不同,转录出不同的mRNA,控制合成出不同的蛋白质,如下图所示。
2.细胞分化的标志(1)分子水平:合成了某种细胞特有的蛋白质,如唾液淀粉酶、胰岛素等。(2)细胞水平:形成不同种类的细胞,尤其是细胞器种类和数量有较大差异。3.细胞分化的“变”与“不变”(1)变:mRNA、蛋白质的种类,细胞的形态、结构和功能。(2)不变:DNA、tRNA、rRNA的种类,细胞的数目。
典例剖析【例2】 下列数据是人体部分器官中所表达基因数目的估计值,有关叙述错误的是(　　)
A.人体各器官表达的基因数目有差异是细胞内基因选择性表达的结果B.血细胞所表达的基因的数目最多,说明其遗传物质相对含量较高C.人体各器官基因表达数目有差异,说明细胞中所含蛋白质有差异D.不同功能的细胞表达的基因不相同,这是与其不同功能相适应的答案:B
解析:同一个体不同的体细胞所含的基因相同,但表达的基因不同。
学以致用2.同一生物体内的不同组织细胞之间,不同的是(　　)A.染色体上的基因B.细胞质中的tRNAC.遗传密码的种类D.细胞质中的mRNA答案:D解析:同一生物体内的不同组织细胞中选择性表达的基因不同,因此细胞质中的mRNA不同。
三 表观遗传、基因表达与性状的关系问题探究资料1　柳穿鱼花形有左右对称和中心对称两种。柳穿鱼细胞内控制该性状的DNA序列完全相同,不同的是Lcyc基因的甲基化程度。即
科学家进行了如下实验:
资料2　某种实验小鼠不同毛色的遗传分析。
该种小鼠的毛色除了受Avy基因控制,还受到Avy基因上游的一段DNA序列(a序列)控制。a序列既可以使Avy基因正常表达(小鼠毛色全部为黄色),也可以使Avy基因的表达处于完全被抑制的状态(小鼠毛色全部为黑色)。另外,a序列还能够调控Avy基因的表达水平,使小鼠毛色呈现介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型。
1.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和植株B的花形态结构出现差异?提示:是。柳穿鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。这两株柳穿鱼体内的Lcyc基因的序列相同,只是植株A的Lcyc基因在开花时表达,而植株B的Lcyc基因在开花时不表达。
2.分析资料1,F1的花为什么与植株A的相似?在F2中,为什么有些植株的花与植株B的相似?提示:F1获得了一个没有甲基化的Lcyc基因和一个甲基化的Lcyc基因,因此在F1中有可表达的Lcyc基因,能表现植株A的性状。F1自交,将产生含有非甲基化的Lcyc基因的配子和含有甲基化的Lcyc基因的配子,两个含有甲基化的Lcyc基因的配子结合,产生的后代植株的花就表现出植株B的性状。
3.资料2中,纯种黄毛鼠(AvyAvy)和纯种黑毛鼠(aa)杂交,F1小鼠的基因型是Avya,为什么小鼠毛色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:小鼠的Avy基因上游的a序列有多个可发生DNA甲基化的位点,当这些位点甲基化后,Avy基因的表达会受到抑制,并且这段碱基序列甲基化程度越高,Avy基因的表达受到的抑制越明显,小鼠体色越深。
4.资料1和资料2展示的遗传现象有什么共性?你对基因和性状的关系有什么新的认识?提示:控制柳穿鱼花的形态和小鼠毛色的基因,其碱基序列没有发生变化,但部分碱基发生了甲基化修饰,抑制了基因的表达,进而对表型产生影响。这种DNA的甲基化修饰可以遗传给后代,使后代出现同样的表型。基因的表达情况不同,性状表现可能也不同。
归纳总结1.表观遗传(1)表观遗传的特点①可遗传,即这类改变通过有丝分裂或减数分裂,能在细胞或个体世代间遗传。②可逆性的基因表达。③没有DNA碱基序列的改变。
(2)表观遗传对基因表达的调控①生物遗传信息的表达正确与否,既受控于DNA序列又受制于表观遗传,表观遗传主要通过DNA修饰、蛋白质修饰与非编码RNA的调控三个层面调控基因表达。
②DNA甲基化:DNA甲基化是最早被发现,也是研究最深入的表观遗传调控机制之一。甲基化是指生物分子在特定的酶系统催化下加上甲基(—CH3)的生物化学反应,是普遍存在于原核生物和真核生物中的DNA修饰作用。甲基化没有改变基因的序列,但对基因表达起调控作用。在哺乳动物DNA分子中,甲基化一般发生在胞嘧啶(C)上。
(3)对表观遗传的理解①不变:生物体基因的碱基序列保持不变。②变:基因表达和表型发生可遗传变化。
2.基因与性状的关系(1)基因与性状的关系图解
(2)生物的性状还受环境条件的影响,生物性状是基因型和环境条件共同作用的结果。
典例剖析【例3】 许多基因的启动子(转录起始位点)内富含CG重复序列,若其中的部分胞嘧啶(C)被甲基化成为5-甲基胞嘧啶,就会抑制基因的转录。下列与之相关的叙述,正确的是(　　)A.在一条单链上相邻的C和G之间通过氢键连接B.胞嘧啶甲基化导致表达的蛋白质结构改变C.胞嘧啶甲基化会阻碍RNA聚合酶与启动子结合D.基因的表达水平与基因的甲基化程度无关答案:C
解析:在一条脱氧核苷酸单链上相邻的C和G之间不是通过氢键连接的,而是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接的,A项错误。胞嘧啶甲基化导致表达过程中基因转录被抑制,对已经表达的蛋白质结构没有影响,B项错误。根据题意,胞嘧啶甲基化会抑制基因的转录,可推知抑制的实质就是阻碍RNA聚合酶与启动子结合,C项正确。由于基因的表达水平与基因的转录有关,所以也与基因的甲基化程度有关,D项错误。
学以致用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,因此失去转录活性。下列相关叙述错误的是(　　)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。
1.下列关于基因、蛋白质、性状之间的关系的叙述,错误的是( 　)A.生物体的一切性状完全由基因控制,与环境因素无关B.基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状C.基因可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D.基因的遗传信息可通过转录和翻译传递到蛋白质答案:A解析:表型是基因型与环境共同作用的结果。
2.ACC合成酶是植物体内乙烯合成的关键酶。下表是科学家以番茄ACC合成酶基因为探针,研究番茄果实不同成熟阶段及不同组织中该基因的表达情况。下列分析正确的是(　　)
注“-”表示该基因不表达,“+”表示该基因表达,“+”的数目越多表示表达水平越高。
A.该基因的表达水平在不同的组织和果实成熟的不同阶段无差异B.橙红和亮红的果实细胞中该基因转录产物可能相对较多C.绿果、雌蕊、叶片和根中无该基因及其转录产物,体现了细胞中基因的选择性表达D.果实中该基因表达水平高于叶片,说明前者的分化程度高于后者答案:B
解析:根据表中信息可知,该基因的表达水平在不同的组织和果实成熟的不同阶段存在显著差异,A项错误。绿果、雌蕊、叶片和根中含有该基因,只是未表达,C项错误。该基因的表达水平高低不能用于果实与叶片分化程度高低的比较,D项错误。
3.DNA甲基化发生于DNA的CG序列密集区。发生甲基化后,那段DNA就可以与甲基化DNA结合蛋白相结合。结合后DNA链发生高度紧密排列,其他转录因子、RNA聚合酶都无法再结合了,所以这段DNA的基因就无法得到表达。下列相关说法错误的是(　　)A.DNA甲基化过程可能需要酶的催化作用B.柳穿鱼的Lcyc基因高度甲基化导致Lcyc基因不表达C.基因碱基序列的甲基化程度越高,基因的表达受到的抑制越明显D.吸烟会降低细胞内DNA的甲基化水平