高中生物人教版 (2019)必修2《遺傳與進(jìn)化》第2節(jié) 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系課文內(nèi)容ppt課件-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

自主預(yù)習(xí)·新知導(dǎo)學(xué)
一、基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系1.基因?qū)ι镄誀畹拈g接控制(1)實(shí)質(zhì):基因通過控制酶的合成來控制代謝過程,進(jìn)而控制生物體的性狀。
2.基因?qū)ι镄誀畹闹苯涌刂?1)實(shí)質(zhì):基因通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀。(2)實(shí)例
二、基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化1.生物體多種性狀的形成,都是以細(xì)胞分化為基礎(chǔ)的。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。2.表達(dá)的基因大致可以分為兩類:一類是在所有細(xì)胞中都表達(dá)的基因,指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)是維持細(xì)胞基本生命活動(dòng)所必需的,如核糖體蛋白基因、ATP合成酶基因;另一類是只在某類細(xì)胞中特異性表達(dá)的基因,如卵清蛋白基因、胰島素基因。3.細(xì)胞分化的本質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)。基因的選擇性表達(dá)與基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)。
【思考】人表皮細(xì)胞和肝細(xì)胞中的蛋白質(zhì)種類存在差異,根本原因是什么?提示:不同細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)相同,選擇表達(dá)的基因不同,產(chǎn)生的mRNA不同,合成的蛋白質(zhì)存在差異。
三、表觀遺傳1.表觀遺傳: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。如柳穿魚Lcyc基因和小鼠Avy基因的堿基序列沒有變化,但部分堿基發(fā)生了甲基化修飾,抑制了基因的表達(dá),進(jìn)而對(duì)表型產(chǎn)生影響。2.表觀遺傳現(xiàn)象普遍存在于生物體的生長(zhǎng)、發(fā)育和衰老的整個(gè)生命活動(dòng)過程中。
四、基因與性狀的關(guān)系1.基因通過其表達(dá)產(chǎn)物——蛋白質(zhì)來控制性狀,細(xì)胞內(nèi)的基因表達(dá)與否以及表達(dá)水平的高低都是受到調(diào)控的。
2.在大多數(shù)情況下,基因與性狀的關(guān)系并不是簡(jiǎn)單的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。(1)生物體的一個(gè)性狀可以受到多個(gè)基因的影響,如人的身高。(2)一個(gè)基因也可以影響多個(gè)性狀,如水稻中的Ghd7基因編碼的蛋白質(zhì)不僅參與了開花的調(diào)控,而且對(duì)水稻的生長(zhǎng)、發(fā)育和產(chǎn)量都有重要作用。(3)生物體的性狀不完全是由基因決定的,環(huán)境對(duì)性狀也有重要影響。
【預(yù)習(xí)檢測(cè)】 1.判斷正誤。(1)囊性纖維化的形成說明基因可通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制性狀。(　　)(2)細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。(　　)(3)吸煙會(huì)使人的體細(xì)胞內(nèi)DNA的甲基化水平升高。(　　)(4)生物體的基因型相同,表型就一定相同。(　　)(5)基因與性狀是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。(　　)(6)生物的性狀是由基因和環(huán)境共同控制的。(　　)
3.豌豆的某突變體中編碼淀粉分支酶的基因(R)被插入的DNA序列打亂,導(dǎo)致淀粉分支酶不能合成,無法催化蔗糖合成淀粉,造成種子中積累較多的甜度較淀粉高、親水能力較淀粉差的蔗糖,因而表現(xiàn)為甜和皺縮的新性狀。上述實(shí)例說明(　　)A.一個(gè)基因可以影響多個(gè)性狀B.一個(gè)性狀可以受多個(gè)基因的影響C.性狀是基因和環(huán)境共同作用的結(jié)果D.基因和性狀之間是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系答案:A
合作探究·釋疑解惑
基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系
問題引領(lǐng)1.下圖為豌豆的圓粒和皺粒的形成機(jī)理圖解。圖中豌豆為圓粒或皺粒與哪種基因和酶有關(guān)?為什么相關(guān)基因異常則為皺粒?
提示:豌豆為圓粒或皺粒與豌豆的淀粉分支酶基因及其表達(dá)的產(chǎn)物——淀粉分支酶有關(guān)。如果淀粉分支酶基因異常,則合成的淀粉分支酶異常,活性大大降低,導(dǎo)致淀粉合成受阻,含量降低。淀粉含量低的豌豆由于失水而皺縮,表現(xiàn)為皺粒。
2.下圖為囊性纖維化的形成機(jī)理圖,請(qǐng)回答下列問題。編碼CFTR蛋白的基因缺失3個(gè)堿基↓CFTR蛋白結(jié)構(gòu)異常,導(dǎo)致功能異常↓患者支氣管內(nèi)黏液增多,管腔受阻↓細(xì)菌在肺部大量生長(zhǎng)繁殖,最終使肺功能嚴(yán)重受損
(1)囊性纖維化的直接病因是什么?根本病因又是什么?提示:囊性纖維化的直接病因是CFTR蛋白空間結(jié)構(gòu)異常,根本病因是編碼CFTR蛋白的基因缺失了3個(gè)堿基。(2)豌豆圓粒、皺粒的形成和囊性纖維化的形成分別屬于基因控制性狀的哪種方式?提示:豌豆圓粒、皺粒的形成屬于基因通過控制酶的合成來控制代謝過程,進(jìn)而控制生物體的性狀。囊性纖維化的形成屬于基因通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀。
歸納提升1.基因控制性狀的方式
2.基因與性狀的關(guān)系整合
典型例題下圖為人體內(nèi)基因?qū)π誀畹目刂七^程,下列分析正確的是(　　)
A.基因1和基因2一般不會(huì)出現(xiàn)在人體內(nèi)的同一個(gè)細(xì)胞中B.圖中①過程需要RNA聚合酶的參與,②過程需要tRNA的協(xié)助C.④⑤過程的結(jié)果存在差異的根本原因是血紅蛋白結(jié)構(gòu)的不同D.①②③過程表明基因通過控制酶的合成來控制生物體的所有性狀答案:B
解析:同一個(gè)體的體細(xì)胞是由受精卵經(jīng)過有絲分裂產(chǎn)生的,細(xì)胞核基因相同,因此基因1和基因2一般會(huì)出現(xiàn)在人體內(nèi)的同一個(gè)細(xì)胞中。圖中①過程是轉(zhuǎn)錄,需要RNA聚合酶的參與,②過程是翻譯,需要tRNA運(yùn)輸氨基酸到核糖體上。④⑤過程的結(jié)果存在差異的根本原因是編碼血紅蛋白的基因不同,直接原因是血紅蛋白的結(jié)構(gòu)不同。圖中①②③過程說明基因可以通過控制酶的合成來控制生物體的性狀,基因還可以通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀。
【變式訓(xùn)練】囊性纖維化是一種遺傳病。在大約70%的囊性纖維化患者體內(nèi),編碼CFTR蛋白(一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白)的基因缺失了3個(gè)堿基,導(dǎo)致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸,其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,使CFTR轉(zhuǎn)運(yùn)氯離子的功能出現(xiàn)異常,導(dǎo)致患者支氣管中黏液增多,管腔受阻,細(xì)菌在肺部大量生長(zhǎng)繁殖,最終使肺功能嚴(yán)重受損。下列理解錯(cuò)誤的是(　　)A.從個(gè)體水平看,患者的性狀已發(fā)生改變B.從細(xì)胞水平看,患者肺組織細(xì)胞膜的功能已發(fā)生改變C.從分子水平看,患者的基因的結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生改變D.此病可以說明基因通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀
解析:囊性纖維化的根本病因是編碼CFTR蛋白的基因發(fā)生突變,所以基因結(jié)構(gòu)已發(fā)生改變。囊性纖維化發(fā)病的直接原因是CFTR蛋白發(fā)生改變,所以此病可以說明基因通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀。
基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化
問題引領(lǐng)1.閱讀教科書第72頁(yè)思考·討論“分析不同類型細(xì)胞中DNA和mRNA的檢測(cè)結(jié)果”,回答下列問題。(1)資料中所給3種細(xì)胞合成的蛋白質(zhì)種類有什么差別?提示:雞的輸卵管細(xì)胞能合成卵清蛋白,紅細(xì)胞能合成珠蛋白,胰島細(xì)胞能合成胰島素。(2)3種細(xì)胞的DNA中都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰島素基因,但只檢測(cè)到其中一種基因?qū)?yīng)的mRNA,這一事實(shí)說明了什么?提示:不同的細(xì)胞選擇性表達(dá)了不同的基因。
2.同一個(gè)體的細(xì)胞由于分化具有了不同的形態(tài)、結(jié)構(gòu),其根本原因和直接原因分別是什么?提示:同一個(gè)體不同細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)不同的根本原因是基因的選擇性表達(dá),直接原因是合成了特定的蛋白質(zhì)。
歸納提升1.分化細(xì)胞表達(dá)的基因下圖是人體3種細(xì)胞內(nèi)的部分基因及它們的活動(dòng)狀態(tài)示意圖。
分化細(xì)胞表達(dá)的基因劃分為兩類。如a是指所有細(xì)胞均表達(dá)的一類基因,其表達(dá)產(chǎn)物是維持細(xì)胞基本生命活動(dòng)所必需的;b、c、d是指不同類型細(xì)胞特異性表達(dá)的一類基因,其產(chǎn)物賦予不同細(xì)胞特異性的生理功能。
2.細(xì)胞分化的“變”與“不變”(1)不變:DNA、tRNA、rRNA的種類,細(xì)胞的數(shù)目。(2)改變:mRNA、蛋白質(zhì)的種類,細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能。3.細(xì)胞分化的標(biāo)志(1)分子水平:合成了某種細(xì)胞特有的蛋白質(zhì),如唾液淀粉酶、胰島素等。(2)細(xì)胞水平:形成不同種類的細(xì)胞。
典型例題雞的輸卵管細(xì)胞能合成卵清蛋白,紅細(xì)胞能合成珠蛋白,胰島細(xì)胞能合成胰島素。用編碼上述蛋白質(zhì)的基因分別作探針(基因探針,即核酸探針,是一段帶有檢測(cè)標(biāo)記且堿基序列已知的,與特定核苷酸序列互補(bǔ)的核酸序列),對(duì)從3種細(xì)胞中提取的總DNA(用相關(guān)酶切成片段)進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)。用同樣的3種基因片段作探針,對(duì)從上述3種細(xì)胞中提取的總RNA進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表。下列敘述正確的是(　　)
注“+”表示雜交過程中有雜合雙鏈;“-”表示雜交過程中無雜合雙鏈。
A.胰島細(xì)胞中只有胰島素基因B.上述3種細(xì)胞的分化是由細(xì)胞在發(fā)育過程中某些基因丟失所致C.紅細(xì)胞在成熟過程中選擇性地表達(dá)了珠蛋白基因D.在輸卵管細(xì)胞中無珠蛋白基因和胰島素基因答案:C解析:雞的胰島細(xì)胞、輸卵管細(xì)胞和紅細(xì)胞都來自受精卵,細(xì)胞中的核基因相同。細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果,如紅細(xì)胞中選擇性地表達(dá)了珠蛋白基因,而在另外2種細(xì)胞中珠蛋白基因沒有表達(dá)。
【變式訓(xùn)練】 1.下列有關(guān)細(xì)胞分化的敘述,錯(cuò)誤的是(　　)A.在個(gè)體發(fā)育過程中,有序的細(xì)胞分化能夠增加細(xì)胞的類型B.從細(xì)胞器水平分析,細(xì)胞分化是細(xì)胞器的種類、數(shù)目改變的結(jié)果C.細(xì)胞分化使各種細(xì)胞的遺傳物質(zhì)有所差異,導(dǎo)致細(xì)胞的形態(tài)和功能各不相同D.從蛋白質(zhì)角度分析,細(xì)胞分化是蛋白質(zhì)的種類、數(shù)量改變的結(jié)果,這是細(xì)胞分化的直接原因答案:C
解析:細(xì)胞分化的過程中,細(xì)胞會(huì)在形態(tài)、結(jié)構(gòu)等方面發(fā)生穩(wěn)定性差異,故能夠增加細(xì)胞的類型,A項(xiàng)正確。細(xì)胞分化的過程中,細(xì)胞的功能會(huì)出現(xiàn)差異,細(xì)胞器的種類、數(shù)目均會(huì)發(fā)生改變,B項(xiàng)正確。細(xì)胞分化的過程中,各種細(xì)胞的核遺傳物質(zhì)不發(fā)生改變,C項(xiàng)錯(cuò)誤。細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是基因的選擇性表達(dá),故蛋白質(zhì)的種類、數(shù)量的改變是細(xì)胞分化的直接原因,D項(xiàng)正確。
2.理論上,同一個(gè)人的表皮細(xì)胞的細(xì)胞核與神經(jīng)細(xì)胞的細(xì)胞核內(nèi)所含DNA的量相同,但這2種細(xì)胞所含的蛋白質(zhì)的量不同,其原因不包括(　　)A.不同細(xì)胞被活化的基因不一樣多,所以合成的蛋白質(zhì)不一樣多B.不同組織細(xì)胞內(nèi)同一基因的表達(dá)存在差異C.同一個(gè)人不同細(xì)胞的細(xì)胞核中基因的數(shù)量不同,所以合成的蛋白質(zhì)數(shù)量不同D.不同細(xì)胞中基因的表達(dá)具有特異性的調(diào)節(jié)機(jī)制,所以合成的蛋白質(zhì)不同
解析:同一個(gè)人的表皮細(xì)胞的細(xì)胞核與神經(jīng)細(xì)胞的細(xì)胞核內(nèi)所含基因的數(shù)量相等。細(xì)胞分化的本質(zhì)是基因的選擇性表達(dá),這種表達(dá)具有一定的調(diào)控機(jī)制。
表觀遺傳、基因表達(dá)與性狀的關(guān)系
問題引領(lǐng)1.閱讀教科書第73頁(yè)思考·討論“柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳”,分析柳穿魚和小鼠性狀改變的原因。提示:柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)與Lcyc基因的表達(dá)直接相關(guān)。植株A、植株B體內(nèi)Lcyc基因的序列相同,只是植株A的Lcyc基因在開花時(shí)表達(dá),植株B的Lcyc基因不表達(dá)。研究表明,植株B的Lcyc基因不表達(dá)的原因是它被高度甲基化了。在Avy基因的前端(或稱“上游”)有一段特殊的堿基序列決定著該基因的
表達(dá)水平,這段堿基序列具有多個(gè)可發(fā)生DNA甲基化修飾的位點(diǎn)。當(dāng)這些位點(diǎn)沒有甲基化時(shí),Avy基因正常表達(dá),小鼠表現(xiàn)為黃色;當(dāng)這些位點(diǎn)甲基化后,Avy基因的表達(dá)就受到抑制。這段堿基序列的甲基化程度越高,Avy基因的表達(dá)受到的抑制越明顯,小鼠體毛的顏色就越深。
2.生物的表觀遺傳只是因?yàn)榛虻膲A基被甲基化嗎?提示:不一定。構(gòu)成染色體的組蛋白發(fā)生甲基化、乙?；刃揎椧矔?huì)影響基因的表達(dá)。
3.同一株水毛茛上,裸露在空氣中的葉是扁平的,而浸在水中的葉深裂成絲狀。(1)水毛茛的葉扁平或呈絲狀,能否說明形狀不同的葉中基因不同?這兩種形態(tài)的葉,其細(xì)胞的核基因是否相同?為什么?葉的形狀不同的原因是什么?提示:不能,水毛茛不同形狀葉中的基因是相同的。相同。因?yàn)檫@兩種形態(tài)葉的細(xì)胞都是由同一個(gè)受精卵分裂、分化而來的。葉的形狀不同是由生活環(huán)境引起的。
(2)基因型相同,表型是否一定相同?請(qǐng)說明基因、性狀和環(huán)境之間的關(guān)系。提示:不一定相同。生物體的性狀不完全由基因決定,環(huán)境對(duì)性狀也有著重要影響。
歸納提升基因與性狀的關(guān)系
(4)生物的性狀還受環(huán)境條件的影響,生物的性狀是基因型和環(huán)境條件共同作用的結(jié)果。如水毛茛,其裸露于空氣中的葉為扁平狀,而浸在水中的葉卻為絲狀。
典型例題已知基因的甲基化不改變基因的堿基序列,但可以抑制基因的表達(dá),如A基因甲基化后不能表達(dá),從而使基因型為Aa的個(gè)體表現(xiàn)出與基因型為aa的個(gè)體相同的性狀(突變型)。一對(duì)雜合野生型小鼠雜交,后代野生型和突變型的比例為1∶1。研究發(fā)現(xiàn),親代小鼠的a基因均被甲基化,而在形成配子時(shí)親代的甲基化全部被抹去,并且可能進(jìn)行了新的甲基化。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)
A.親代產(chǎn)生的雌雄配子的基因型各有2種,且比例為1∶1B.可能2種雌配子都沒有甲基化,2種雄配子都甲基化C.可能雌配子中甲基化的基因都是A,雄配子中甲基化的基因都是aD.可能雌雄配子中均各有一半A基因和一半a基因發(fā)生甲基化答案:D
解析:親本為一對(duì)雜合野生型小鼠,即基因型均為Aa,在正常情況下,Aa×Aa→1/4AA、1/2Aa、1/4aa。根據(jù)題意,子代中野生型和突變型的比例為1∶1,故可推測(cè)親代中有一方的基因A發(fā)生了甲基化,基因a是否甲基化對(duì)結(jié)果沒有影響。親代產(chǎn)生的雌雄配子的基因型各有2種,且比例為1∶1。若2種雌配子都沒有甲基化,2種雄配子都甲基化,后代的比例符合題干中的結(jié)果。若雌配子中甲基化的基因都是A,雄配子中甲基化的基因都是a,也符合親代中有一方的基因A發(fā)生了甲基化即后代的比例也符合題干中的結(jié)果。若雌雄配子中均各有一半A基因和一半a基因發(fā)生甲基化,則子代中野生型和突變型的比例為7∶9。
【變式訓(xùn)練】 1.下列關(guān)于表觀遺傳的描述,錯(cuò)誤的是(　　)A.構(gòu)成染色體的組蛋白發(fā)生甲基化會(huì)影響基因的表達(dá)B.基因的堿基發(fā)生甲基化會(huì)影響基因的表達(dá)C.吸煙者精子活力下降與精子DNA甲基化有關(guān)D.表觀遺傳現(xiàn)象只發(fā)生在真核生物的生命過程中答案:D解析:表觀遺傳現(xiàn)象普遍存在于生物體的生長(zhǎng)、發(fā)育和衰老的整個(gè)生命活動(dòng)過程中。
2.下面關(guān)于基因、蛋白質(zhì)、性狀之間關(guān)系的敘述,錯(cuò)誤的是(　　)A.基因與性狀不都是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系B.蛋白質(zhì)可以體現(xiàn)生物的性狀C.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可直接影響生物性狀D.生物體的性狀完全由基因控制答案:D解析:生物性狀由基因決定,另外還受環(huán)境因素的影響,如植物幼苗在生長(zhǎng)過程中,如果沒有光照,就不能合成葉綠素,進(jìn)而出現(xiàn)白化苗。

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