1、基因表达与性状的关系基因表达与性状的关系人 教 版 必 修人 教 版 必 修 2 2 第第 4 4 章 第章 第 2 2 节节导入：问题探讨导入：问题探讨 同一株水毛茛，裸露在空气中的叶和浸在水中的叶，表现出了两种不同的形态。这两种形态的叶，其细胞的基因组成意义吗？这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的？讲授新课讲授新课基因表达产物与性状的关系基因表达产物与性状的关系u 案例1：豌豆的圆粒与皱粒如何从基因控制性状的角度解释这一对相对性状的形成？思考新知讲授新知讲授编码淀粉分支酶的基因指导 合成DNA中插入了一段外来DNA序列蔗糖合成淀粉促使引起编码淀粉分支酶的基因异常淀粉分支酶不能正常合成蔗
2、糖含量高蔗糖不能合成淀粉淀粉分支酶淀粉含量升高基因通过控制 的合成来控制 ，进而控制生物体的性状酶代谢过程结论1：u例如：白化病控制酪氨酸酶的基因异常酪氨酸不能正常转化为黑色素酪氨酸酶不能正常合成缺乏黑色素，表现白化病CFTR基因缺失3个碱基CFTR蛋白结构异常，导致功能异常患者支气管内黏液增多黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染u 案例2：囊性纤维病基因通过控制_直接控制生物体的性状蛋白质的结构结论2：基因的选择性表达与细胞分化基因的选择性表达与细胞分化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，这是为什么呢?分析不同类
3、型细胞中DNA和mRNA的检测结果科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞(有细胞核)和胰岛细胞，对这3种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下:检测的3种细胞 卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因卵清蛋白mRNA 珠蛋白mRNA胰岛素mRNA输卵管细胞+-红细胞+-+-胰岛细胞+-+说明:“+”表示检测发现相应的分子，“-”表示检测未发现相应的分子。讨论1.这3种细胞中合成的蛋白质种类有么差别?2.3种细胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因，但只检测到其中一种基因的mRNA,这一事实说明了什么?细胞分化的实质u 个体发育过程中，各种不同的分化细胞都具有相同的基因组，只是表达
4、的基因有所不同。u 细胞分化是基因选择表达的结果u 细胞分化是由于基因选择性的表达各自持有的专一性蛋白质而导致细胞形态、结构与功能的差异。表观遗传表观遗传基因什么时候表达、在哪种细胞中表达以及表达水平的高低都是受到调控的，这种调控会直接影响性状。资料1：柳穿鱼是一种园林花卉。柳穿鱼花的形态结构如图所示，除了花的形态绪构不同，其他方面基本相同。柳穿鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。上图所示的两株柳穿鱼，它们体内Lcyc基因的序列相同，只是植株A的Lcyc基因在开花时表达，植株B的Lcyc基因不表达。研究表明，植株B的Leye基因不表达的原因是它被高度甲基化(Loc基因有多个碱基连接甲基
5、基团)了。植株A植株B科学家将这两个植株作为亲本进行杂交，F的花与植株A的相似，F自交的书中绝大部分植株的花与植株A的相似，少部分植株的花与植株B的相似。资料2：某种实验小鼠的毛色受一对等位基因Avy和a的控制，Avy为显性基因，表现为黄色体毛，a为隐性基因，表现为黑色体毛。将纯种黄色体毛的小鼠与纯种黑色体毛的小鼠杂交，子一代小鼠的基因型都是Avya,却表现出不同的毛色：介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型。表现出不同毛色的Avya小鼠研究表明，在Avy基因的前端(或称“上游”)有一段特殊的碱基序列决定着该基因的表达水平，这段碱基序列具有多个可发生DNA甲基化修饰的位点。当这些位点没有甲基化时，
6、Avy 基因正常表达，小鼠表现为黄色;当这些位点甲基化后，Avy 基因的表达就受到抑制。这段碱基序列的甲基化程度越高，Avy基因的表达受到的抑制越明显，小鼠体毛的颜色就越深。讨论1.上述资料中，柳穿鱼和小鼠性状改变的原因是什么?2.分析资料1，F的花为什么与植株A的相似?在F,中，为什么有些植株的花与植株B的相似?3.资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点?这对你认识基因和性状的关系有什么启示?讨论1.上资种中，柳鱼与小辑性状改变的原囡因是什么？柳穿鱼花开态改变是因为Lcyc基因的部分碱基被高度甲基化，小旵毛色的改变是因为Aw基因的前端有一髟影响A基因表达的特殊的碱基序列被甲基化。发生在基因
7、或基因前端的呷基化修饰均导致相关基因的表达受到抑制，进而影响性状。2.分析资料1，F1的花为什么与植物A的相似？在F2中，为什么有些植株的花与植株B的相似？F1植株同时含有来自植株A和植株B的Lcyc基因。植株A的Lcyc基因能够表达，表现为昰性；植株的Ly基因由于部分碱基被甲基化，基因表达受到抑制，表现为隐性。因岀，F1的花与植株A的相似。F1自交后，F2中有少部分植株含有两个来自植株B的Lcyc基因，由于该基因的部分碱基被甲基化，基因表达受到抑制，因此，这部分植株的花与植株B相似。3资料1和资料2展示的传象有什么共同点？这对你认识基因和性状的关系有什么启示？都表现为基因碱基序列保持不变，但
8、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甲基化修饰可以遗传给后代，使后代岀现相同的表型。柳穿鱼Lcyc基因和小鼠Avy基因的碱基序列没有变化，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。基因表达模式相同的基因型不同的表现型这种DNA甲基化修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表型。像这样，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，叫作表观遗传(epigeneticinheritance)。拓展：其他表观遗传机制必除DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、和RNA调控以外，还有遗传印迹、X染色体失活、转座、负突变等。必遗
9、传印迹、X染色体失活的本质仍为DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑。课堂小结课堂小结课堂小结课堂小结综上所述，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。细胞分化的实质是基因选择性表达的结果，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贵传的性状改变。课堂练习课堂练习1.研究发现，与圆粒豌豆的DNA相比，皱粒豌豆的DNA中插入了一段外来的DNA序列，导致淀粉含量降低，蔗糖含量升高，从而不仅改变了粒形，也改变了种子的甜度。据此能得出的推论是（）A皱粒豌豆的产生属于基因突变B基因与性状都是简单的线性关系C圆粒豌豆显饱满的原因是蔗糖含量高，保水
10、能力强D基因可通过控制蛋白质结构直接控制生物体的性状A课堂练习课堂练习2.下列有关基因、性状和环境的叙述，正确的是（）A某白化病患者其双亲正常，说明该病受环境影响B身高由多个基因决定，同时也受环境影响C两只残翅（隐性性状）果蝇一定具有相同的基因型DB细胞分泌抗体与抗原刺激有关，不受基因的控制B课堂练习课堂练习3.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；基因也能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。下列所举实例中与事实不相符的是（）A控制生成黑色素的基因异常黑色素结构异常白化病B控制血红蛋白的基因异常血红蛋白结构异常运输氧的能力下降贫血症C控制淀粉分支酶基因异常不能合成淀粉分支酶淀粉含量降低产生皱粒豌豆D控制跨膜蛋白基因异常跨膜蛋白结构异常转运氯离子功能异常囊性纤维病A课堂练习课堂练习
