“橘生淮南則為橘,生于淮北則為枳,葉徒相似,其實(shí)味不同。所以然者何?水土異也?!? (右圖:南橘(上)北枳(下))
為什么相同的生物在不同的環(huán)境中會出現(xiàn)性狀差異?基因、蛋白質(zhì)、性狀三者間究竟存在怎樣的聯(lián)系?
蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者
一、基因表達(dá)產(chǎn)物和性狀的關(guān)系
閱讀書P71-72相關(guān)內(nèi)容,從基因的角度解釋豌豆的圓粒和皺粒?
淀粉分支酶正常,活性較高
淀粉分支酶異常,活性較低
事實(shí)2:從基因的角度解釋 “白化病”形成機(jī)制?
白化病是由于基因不正常,缺少酪氨酸酶,導(dǎo)致機(jī)體不能合成黑色素。
編碼酪氨酸酶的基因異常
基因通過控制 來 過程,進(jìn)而間接控制性狀。
事實(shí)3:從基因的角度解釋 “囊性纖維病”發(fā)病機(jī)理。
編碼CFTR蛋白的基因缺失3個堿基
基因通過控制 控制生物體的性狀。
事實(shí)4:鐮刀型細(xì)胞貧血癥形成機(jī)制
事實(shí)1、豌豆的圓粒和皺粒;事實(shí)2、白化病
事實(shí)3、囊性纖維?。?
1、基因通過控制__________來控制__________,進(jìn)而控制生物體的性狀
2、基因還能通過控制_______________來_______控制生物體的性狀
事實(shí)4:鐮刀型細(xì)胞貧血癥
二、基因的選擇性表達(dá)導(dǎo)致細(xì)胞的分化
同一生物體中不同類型的細(xì)胞,基因都是相同的,而形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能卻各不相同,這是為什么呢?
分析不同類型細(xì)胞中DNA和mRNA的檢測結(jié)果
結(jié)果分析: 3種細(xì)胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰島素基因,但只檢測到其中一種基因的mRNA,這一事實(shí)說明了什么?
結(jié)論:細(xì)胞中并不是所有的基因都表達(dá),基因的表達(dá)存在選擇性。
細(xì)胞分化的“不變”與“變”:
DNA、tRNA、rRNA細(xì)胞的數(shù)目
mRNA、蛋白質(zhì)的種類細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能
表觀遺傳:(P74黑體字)
基因表達(dá)改變引起的性狀改變
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)生可遺傳變化的現(xiàn)象
三、表觀遺傳→不依賴于DNA堿基序列變化的遺傳現(xiàn)象
三、表觀遺傳→是不依賴于DNA堿基序列變化的遺傳現(xiàn)象
討論:表觀遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制對我們的生活有什么啟示?
研究表明,吸煙使人體細(xì)胞內(nèi)DNA甲基化水平升高,組蛋白也受影響。男性精子中DNA的甲基化水平明顯升高。
A,B兩種植株:Lcyc基因的序列相同植株A:Lcyc基因在開花時表達(dá)植株B:Lcyc基因不表達(dá)
資料2:小鼠毛色受基因Avy和a的控制,Avy為顯性,表現(xiàn)為黃色,a為隱性,表現(xiàn)為黑色。純種黃色小鼠與純種黑色小鼠雜交,子代小鼠基因型為Avya,卻表現(xiàn)出黃色和黑色之間的一系列過渡類型。研究表明,在Avy基因前端有一段特殊堿基序列具有多個可發(fā)生DNA甲基化修飾的位點(diǎn)。
小鼠性狀改變的原因是?
Avy基因前端有一段堿基序列被甲基化修飾,且甲基化程度越高,該基因表達(dá)時受到的抑制越明顯,小鼠毛色就越深。
基因上游序列的胞嘧啶被甲基化后轉(zhuǎn)變成5-甲基胞嘧啶,導(dǎo)致相應(yīng)的基因失活而不能轉(zhuǎn)錄;未被甲基化的基因仍可以控制合成相應(yīng)的蛋白質(zhì).DNA的甲基化可調(diào)控基因的表達(dá),調(diào)控簡圖如下,下列分析正確的是( )
A. 甲基化直接抑制基因的翻譯從而使基因無法控制合成相應(yīng)的蛋白質(zhì)B. 甲基化的基因片段不能解開雙鏈并與DNA聚合酶結(jié)合C. 甲基化改變了DNA分子的化學(xué)元素組成和堿基中嘌呤的比例D. 人體肌細(xì)胞中與血紅蛋白合成有關(guān)的基因可能被甲基化
基因型相同的生物體,性狀不一定相同的原因分析:(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,不可遺傳。
請針對高溫培養(yǎng)殘翅果蠅幼蟲得到翅長接近正常的果蠅成蟲的原因提出假說,進(jìn)行解釋。
①果蠅翅的發(fā)育是經(jīng)過酶催化的反應(yīng)②酶是在基因控制下合成的③酶的活性受溫度、pH等條件的影響
實(shí)驗(yàn)說明基因與性狀的關(guān)系是怎樣的?
一般來說,性狀是基因和環(huán)境共同作用的結(jié)果。
總結(jié):基因之間、基因與表達(dá)產(chǎn)物、基因與環(huán)境之間存在復(fù)雜的相互作用,從而形成了一個錯蹤復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò),精細(xì)地調(diào)控著性狀
注意:此現(xiàn)象不能遺傳,所以并非表觀遺傳。
四、基因與性狀之間的關(guān)系 P74
基因與性狀的關(guān)系:①一個基因 → 一個性狀
②多個基因 → 一個性狀
③一個基因 → 多個性狀
例如: 人的身高是由多個基因決定的,其中每個基因?qū)ι砀叨加幸欢ǖ淖饔谩?br/>例如: 水稻Ghd7基因編碼的蛋白質(zhì)不僅參與開花的調(diào)控,而且對水稻的生長、發(fā)育和產(chǎn)量都有重要作用。
④生物的性狀還受環(huán)境條件的影響
(表型=基因型+環(huán)境條件)
例如:后天的營養(yǎng)和體育鍛煉等對人的身高也有重要作用。
基因與性狀的關(guān)系并不是簡單的一一對應(yīng)關(guān)系。
基因表達(dá)與性狀的關(guān)系很復(fù)雜!
一、概念檢測1.個體的性狀和細(xì)胞的分化都取決于基因的表達(dá)及其調(diào)控。判斷下列相關(guān)表述是否正確。(1)基因與性狀之間是一一對應(yīng)的關(guān)系。( )(2)細(xì)胞分化產(chǎn)生不同類型的細(xì)胞,是因?yàn)椴煌愋偷募?xì)胞內(nèi)基因 的表達(dá)存在差異。( )
一、概念檢測2.我國科學(xué)家將含有人凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵中,由該受精卵發(fā)育而成的羊,分泌的乳汁中含有人的凝血因子,可治療血友病。下列敘述錯誤的是( )A、該項(xiàng)研究說明人和羊共用一套遺傳密碼子B、該羊的乳腺細(xì)胞中含有人的凝血因子基因C、該羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子基因D、該羊的后代也可能含有人的凝血因子基因
二、拓展應(yīng)用1.有人說,“基因是導(dǎo)演,蛋白質(zhì)是演員,性狀是演員的表演作品。”你認(rèn)為這種說法有道理嗎?為什么?請你整理總結(jié)基因、蛋白質(zhì)和性狀三者之間的關(guān)系。
【提示】這種說法有一定的道理。基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段,DNA上特定的堿基排列順序,蘊(yùn)含著一定的遺傳信息,可類比成組織者(導(dǎo)演),負(fù)責(zé)整部作品的呈現(xiàn);蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者,具體參與細(xì)胞的各項(xiàng)生命活動,可類比成執(zhí)行者(演員);而性狀則是生物體表現(xiàn)出來的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理和行為等特征的總和,主要是由蛋白質(zhì)參與完成的,可類比成呈現(xiàn)方式(作品)。當(dāng)然,打比方總會有比得不合理之處,因此,只能說有一定的道理。三者之間的關(guān)系是:基因通過控制蛋白質(zhì)的合成控制生物體的性狀。
2. 孟德爾通過豌豆雜交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了分離定律和自由組合定律,然而,與他同時代的一些生物學(xué)家利用某些植物做一些性狀的雜交實(shí)驗(yàn)時,并沒有得出3 : 1和9 :3 :3 :1的數(shù)量比;孟德爾用山柳菊也未得到與豌豆雜交實(shí)驗(yàn)相同的結(jié)果。請回答下列問題。(1)為什么利用這些植物進(jìn)行某些性狀的雜交實(shí)驗(yàn)時,難以得出3 :1和9 :3 :3 :1的數(shù)量比?請運(yùn)用所學(xué)知識對可能的原因作出推測。
【提示】第一,基因與性狀的關(guān)系并不是簡單的一一對應(yīng)的關(guān)系,存在多對基因控制一對性狀和一對基因控制多對性狀的情形; 第二,核基因在染色體上呈線性排列,因此這些基因有可能位于同源染色體上,導(dǎo)致這些基因控制的性狀不遵循自由組合定律; 第三,某些植物進(jìn)行無性生殖,性狀傳遞也不遵循孟德爾遺傳規(guī)律; 第四,個別性狀可能是細(xì)胞質(zhì)基因控制或與母本提供的細(xì)胞質(zhì)成分有關(guān)。
(2)你怎樣看待科學(xué)實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性?
【提示】科學(xué)實(shí)驗(yàn)必須是可重復(fù)的,只有這樣才能說明實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果是一種必然規(guī)律,而不是偶然發(fā)生的。 科學(xué)實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性包括兩方面:第一,實(shí)驗(yàn)樣本量足夠大,在相同實(shí)驗(yàn)條件下要有足夠的重復(fù)觀察次數(shù);第二,任何實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性應(yīng)經(jīng)得起獨(dú)立重復(fù)實(shí)驗(yàn)的考驗(yàn),重復(fù)實(shí)驗(yàn)是檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠性的唯一方法。由于生物多樣性的存在,不同生物的背景條件隱蔽且不一致(如山柳菊以無性生殖為主),導(dǎo)致生命世界的很多現(xiàn)象具有獨(dú)特性,不能用統(tǒng)一的定律解釋。因此,生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性是有一定前提和條件限制的。
3. 某種貓的雄性個體有兩種毛色:黃色和黑色;而雌性個體有三種毛色:黃色、黑色、黑黃相間。分析這種貓的基因,發(fā)現(xiàn)控制毛色的基因是位于X染色體上的一對等位基因:XO(黃色)和XB(黑色),雄貓只有一條X染色體,因此,毛色不是黃色就是黑色。而雌貓卻出現(xiàn)了黑黃相間的類型,這是為什么呢?是不是雌貓的有些細(xì)胞內(nèi)X0表達(dá),而另一些細(xì)胞內(nèi)XB表達(dá)呢?請查找資料,尋找答案。
資料顯示:哺乳動物雌雄個體的體細(xì)胞中雖然X染色體數(shù)量不同,但X染色體上的基因所表達(dá)的蛋白質(zhì)的量是平衡的,這個過程稱為劑量補(bǔ)償。雌貓比雄貓多出1條X染色體,由于劑量補(bǔ)償效應(yīng),在胚胎初期,細(xì)胞中的1條X染色體就會隨機(jī)發(fā)生固縮失活,形成巴氏小體,而且發(fā)生染色體失活的細(xì)胞通過有絲分裂產(chǎn)生的子細(xì)胞也保留相同的染色體失活狀態(tài)。

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第2節(jié) 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系

版本: 人教版 (2019)

年級: 必修2《遺傳與進(jìn)化》

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