1、第三节基因的选择性表达及表观遗 传现象1.描述基因选择性表达与细胞分化的关系。2.阐述表观遗传现象。学习目标1.科学思维：能够通过阅读、实验等科学探究过程，阐明 遗传信息的表达是生物完成生命活动的基础。2.生命观念：能用整体性、稳定性和适应性等观点，阐释 遗传信息的表达调控对生命活动是至关重要的。素养要求内容索引一、基因的选择性表达导致细胞的分化二、表观遗传是不依赖于DNA碱基序列变化的遗传现象梳理网络要语必背随堂演练知识落实课时对点练基因的选择性表达导致细胞的分化01梳理教材知识 夯实基础1.基因选择性表达的概念：基因选择性表达的概念：不同细胞表达的 和 水平都不尽相同，这就是基因的选择性表
2、达。2.细胞分化的本质细胞分化的本质：的结果。3.基因选择性表达的意义基因选择性表达的意义(1)利于生物适应多变的环境。(2)防止生命活动中的 现象和 后果的发生。(3)保证体内 过程的正常进行。基因数目基因表达基因选择性表达浪费有害代谢4.基因选择性表达的影响因素：基因选择性表达的影响因素：基因的选择性表达受 和 的共同控制与影响。5.基因选择性表达的应用：基因选择性表达的应用：根据基因选择性表达的特性，医学上可以采取 治疗或 医疗来治疗各种疾病。基因环境靶向精准辨析易错易混 练前清障(1)来自同一个体的不同组织细胞所含基因相同，但mRNA的种类和数量可能不同()(2)在一个细胞中所含的基因
3、都一定表达()(3)基因的选择性表达与基因表达的调控有关()思考延伸拓展 强化素养科学家提取了同一只鸡的输卵管细胞、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，结果如表所示。据表回答下列问题：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注：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)这三种细胞的基因组成是否相同？它们合成的蛋白质种类是否相同？提示这三种细胞都属于同一只鸡的体细胞，是经过有丝分裂而来的，因此基因组成相同，但合成的蛋白质种类不完全相同。(2)三种细胞中都有
4、卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因，但是都只检测到了一种基因的mRNA，这说明了什么？提示在高度分化的体细胞中，基因是选择性表达的。(3)是不是这三类细胞中表达的基因完全不相同？如不是，请举例说明。提示不是。控制细胞基本生命活动的基因在所有细胞中都能表达，如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因等。归纳总结细胞分化的机理细胞分化的机理(1)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，如图所示。(2)标志分子水平：合成某种细胞特有的蛋白质(如唾液淀粉酶、胰岛素等)。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
5、较大差异)。表观遗传是不依赖于DNA碱基序列变化的遗传现象02梳理教材知识 夯实基础1.实例：小鼠毛色的变化实例：小鼠毛色的变化毛色改变的机理抑制完全关闭(1)直接原因：A基因上游的一个DNA序列，即 序列。(2)作用机制：a序列可以 A基因的表达；但是，当a序列被 后，又反过来 A基因的表达，且甲基化程度 ，抑制作用 。(3)结论：性状的改变并非完全由基因改变引起。2.表观遗传的概念：表观遗传的概念：某些基因中 不变但 改变的现象属于表观遗传。a促进甲基化抑制越高越强碱基序列表型3.其他影响因素其他影响因素(1)其他因素：不只DNA甲基化可引起表观遗传现象，还有很多生物学变化也会导致表观遗传
6、现象的发生，如 和 等。(2)影响机制：组蛋白修饰发生变化，将直接影响DNA的 。因此在DNA的碱基序列保持不变的前提下，染色质的结构与活性发生变化，使基因的表达与功能发生改变，进而导致生物的表型发生可遗传的改变。4.表观遗传的应用：表观遗传的应用：表观遗传效应在疾病诊断、治疗和药物开发方面都有广阔的应用前景。组蛋白的修饰染色质构象变化转录和翻译辨析易错易混 练前清障(1)表观遗传现象由于基因的碱基序列没有改变，因此生物体的性状也不会发生改变()(2)DNA甲基化会改变基因的表达，导致基因控制的性状发生改变()(3)表观遗传现象比较少见，不能普遍存在于生物体整个生命活动过程中()(4)组蛋白被
7、修饰一定会抑制基因的表达()特别提醒组蛋白修饰包括添加甲基、乙酰基或去掉甲基、乙酰基等。思考延伸拓展 强化素养分析以下资料，回答下列问题：柳穿鱼是一种园林花卉。右图所示的两株柳穿鱼，除了花的形态结构不同，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Lcyc基因不表达的原因是它被高度甲基化(Lcyc基因有多个碱基连接甲基基团)了。(1)上述资料中柳穿鱼花性状改变的原因是什么？结合课本中小鼠毛色的变化机理可以得出什么结论？提示柳穿鱼花的形态
8、结构的改变是因为Lcyc基因的部分碱基被高度甲基化修饰，基因表达受抑制。DNA甲基化会导致相关基因的表达受到抑制，进而影响性状。(2)这种遗传现象对你认识基因和性状的关系有什么启示？提示资料展示的遗传现象都表现为基因的碱基序列保持不变，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甲基化修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表型。知识拓展表观遗传的特点表观遗传的特点(1)可遗传性：即这类改变能够在细胞个体间遗传。(2)可逆性的基因表达：如甲基化时，可影响基因的表达；去甲基化时，可恢复基因的表达。(3)没有基因碱基序列的改变。梳理网络要语必背031.同种生物的不同细胞
9、中，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量均有差异，基因表达的数目和表达水平都发生了变化。2.表观遗传是不依赖于DNA碱基序列变化的遗传现象，DNA甲基化等使基因的表达与功能发生改变，进而导致生物的表型发生可遗传的改变。3.基因的选择性表达受基因与环境的共同影响。随堂演练知识落实041.下列关于基因的选择性表达的叙述，错误的是A.各种蛋白质在需要时才合成，有利于生物适应多变的环境B.可以防止生命活动中的浪费现象C.导致不同组织细胞中mRNA种类和数量的差异D.基因的选择性表达仅受基因的调控与影响解析基因的选择性表达受基因与环境的共同调控与影响。1234562.下列能说明某细胞已经发生分化的
10、是A.进行ATP的合成B.进行蛋白质的合成C.存在血红蛋白D.存在纤维蛋白原基因解析所有活细胞中，不管是否分化，都能合成ATP用于各项生命活动，都能进行蛋白质的合成，都含有控制该个体所有性状的基因；红细胞中含有与运输氧气相适应的血红蛋白，是基因选择性表达的结果，表明该细胞已经发生分化。1234561234563.如图表示细胞分化的原因描述，下列有关说法不正确的是A.图示各种细胞含有完全相同的遗传信息B.细胞中也含有与一样的全套基因(包括A、B)C.不同的细胞中基因表达的情况不同D.合成蛋白质A时，基因B也处于活跃状态解析合成蛋白质A时，基因A处于活跃状态，而基因B则处于关闭状态，D项错误。4.
11、下列关于细胞分化的叙述，不正确的是A.细胞分化的本质是基因选择性表达的结果B.基因选择性表达与基因表达的调控有关C.生物多种性状的形成，都是以细胞分化为基础的D.由于细胞分化，肌细胞中已经不存在血红蛋白基因了123456解析肌细胞由受精卵分裂分化而来，分化不会导致基因丢失，只是基因进行选择性表达，D错误。5.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，可能会影响生物体的性状D.DNA甲基化，可能会影响细胞
12、分化解析DNA甲基化是DNA的胞嘧啶被选择性地添加甲基，不会导致基因碱基序列的改变，A错误。1234566.如图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。请回答下列问题：123456(1)在机体内，皮肤干细胞分化成皮肤细胞是机体细胞中基因_的结果。选择性表达解析细胞分化是基因选择性表达的结果。123456(2)某患者不能产生正常的白细胞，通过骨髓移植可以达到治疗的目的。骨髓移植的实质是将图中的_细胞移植到患者体内。造血干解析骨髓是人体的造血组织，存在造血干细胞，骨髓治疗的实质是将题图的造血干细胞移植到患者体内。123456(3)若要克隆某种哺乳动物，从理论上分析，上述红细胞、白细胞、皮肤细胞、神
13、经细胞中不能选用作为供体的细胞是成熟的_，其原因是_。红细胞解析克隆某种哺乳动物需要供体提供细胞核，而成熟的红细胞没有细胞核，所以不能作为供体。成熟的红细胞中无细胞核课时对点练05A组基础对点练题组一基因的选择性表达导致细胞的分化1.人体口腔上皮细胞与胰岛细胞的形态、结构和功能不同，其根本原因是这两种细胞的A.DNA碱基顺序不同 B.tRNA不同C.核糖体不同 D.mRNA不同123456789 101112131415 1617182.如图表示人体干细胞发生的变化过程。下列有关此图的叙述，正确的是A.a、b、c均代表细胞分化过程B.图中各细胞中蛋白质种类相同C.b、c过程产生的细胞一般都具有
14、细胞周期D.a、b、c过程产生的各细胞遗传物质没有发生变化123456789 101112131415 161718123456789 101112131415 161718解析a过程表示干细胞的生成，即干细胞的自我更新；干细胞通过b、c生成了不同形态结构的细胞，所以b、c过程表示细胞分化的过程，A项错误；细胞分化的根本原因是基因的选择性表达，导致各细胞中蛋白质种类存在差异，B项错误；高度分化的细胞会丧失分裂能力，不具有细胞周期，C项错误；在细胞的分裂和分化过程中，遗传物质不发生变化，D项正确。解析由来源相同的细胞形成各种形态、结构和功能差异的细胞的过程就是细胞分化。从核酸分子的角度分析，细胞
15、分化是由于基因选择性表达的结果，这是细胞分化的根本原因。3.下列对于细胞分化不同水平的分析，不正确的是A.从细胞水平分析，细胞分化是由于细胞形态、结构和功能改变的结果B.从细胞亚显微结构水平分析，细胞分化是由于细胞器的种类数目、形 态、结构、功能改变的结果C.从蛋白质分子的角度分析，细胞分化是由于蛋白质种类、数量、功能 改变的结果，这是细胞分化的根本原因D.从核酸分子的角度分析，细胞分化是由于基因选择性表达的结果123456789 101112131415 1617184.人的胰岛B细胞能产生胰岛素，但不能产生血红蛋白，据此推测胰岛细胞中A.只有胰岛素基因B.比人受精卵的基因数少C.既有胰岛素
16、基因，也有血红蛋白基因和其他基因，但不存在血红蛋白mRNAD.有胰岛素基因和其他基因，但没有血红蛋白基因123456789 101112131415 161718解析胰岛B细胞由受精卵经分裂分化产生，故胰岛B细胞中既有胰岛素基因也有血红蛋白基因和其他基因，胰岛B细胞能产生胰岛素，不产生血红蛋白是由于基因的选择性表达，故不存在血红蛋白mRNA。5.细胞分化过程中，一般不会出现的是A.DNA上的基因发生改变 B.mRNA种类发生改变C.蛋白质的种类发生改变 D.细胞的功能发生改变123456789 101112131415 161718解析细胞分化的本质是基因的选择性表达，该过程中DNA上的基因不
17、会发生改变。6.关于人体造血干细胞的叙述，错误的是A.造血干细胞与成熟红细胞中的酶存在差异B.造血干细胞分化为成熟红细胞的过程是可逆的C.健康成年人的造血干细胞主要存在于其骨髓中D.造血干细胞分化形成的红细胞和白细胞寿命不同123456789 101112131415 161718解析造血干细胞与成熟红细胞中的酶存在差异，例如造血干细胞含有与细胞分裂相关的酶，成熟红细胞则不含有，A项正确；造血干细胞分化为成熟红细胞的过程是不可逆的，B项错误；健康成年人的造血干细胞主要储存在骨髓中，C项正确；红细胞的寿命大约为120天，而白细胞寿命长短不一，大部分白细胞的寿命只有几天，D项正确。12345678
18、9 101112131415 161718题组二表观遗传是不依赖于DNA碱基序列变化的遗传现象7.下列有关表观遗传的叙述，不正确的是A.生物表观遗传中基因表达发生改变B.生物表观遗传中表型发生改变C.生物表观遗传中基因的碱基序列发生改变D.生物表观遗传现象可以遗传给下一代123456789 101112131415 161718解析生物表观遗传是指某些基因中碱基序列不变但表型改变的现象。8.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。下列有关分析错误的是A.小鼠个体体色的差异与A基因甲基化程度有
19、关B.甲基化可能影响RNA聚合酶与该基因的结合C.碱基甲基化不影响碱基互补配对过程D.甲基化是引起基因结构发生改变的常见方式123456789 101112131415 161718解析不同体色小鼠A基因碱基序列相同，说明基因结构没有发生改变，但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，所以小鼠个体体色的差异与A基因甲基化程度有关，A正确、D错误；题干“甲基化不影响基因DNA复制”，碱基甲基化不影响碱基互补配对过程，C正确。123456789 101112131415 1617189.下列关于表观遗传过程中DNA甲基化的叙述，错误的是A.DNA甲基化是指DNA序列上特定的碱基
20、结合了一个甲基基团B.甲基化修饰会促进基因的表达，进而会对表型产生影响C.一般来说，甲基化程度越高，基因表达受到的抑制越明显D.DNA甲基化在幼嫩和衰老的细胞中均可能发生解析DNA甲基化会抑制某些基因的表达。123456789 101112131415 16171810.如图是人体三种细胞内的部分基因及它们的活动状态，据图分析并回答下列问题：123456789 101112131415 161718(1)题述基因属于管家基因(基因产物是维持细胞基本生命活动所需)的是_(填字母，下同)，属于奢侈基因(基因产物赋予不同细胞特异性的生理功能)的是_。ab、c、d(3)下列能说明某细胞已经发生分化的是
21、_。(填序号)进行ATP的合成进行mRNA的合成可合成抗体存在纤维蛋白原基因123456789 101112131415 161718(2)这三种细胞“血红蛋白基因”均_表达(填“能”或“不能”)，所以这三种细胞不包括_。不能红细胞B组综合强化练11.miRNA是一类在人体内广泛分布的内源性非编码RNA，长度为1925个核苷酸，不同miRNA在个体发育的不同阶段产生。miRNA通过与靶mRNA结合或引起靶mRNA的降解，进而特异性地影响相应基因的表达。请根据材料判断，下列相关说法正确的是A.miRNA指导合成的肽链最多含有8个氨基酸B.miRNA在转录水平特异性地影响基因的表达过程C.不同mi
22、RNA在个体发育的不同阶段产生，与细胞分化有关D.不同miRNA的区别在于脱氧核糖核苷酸的排列顺序不同123456789 101112131415 161718解析由miRNA是一类“内源性非编码RNA”可知，它不能指导合成肽链；由miRNA与mRNA结合可知，它影响的是翻译过程；不同miRNA的区别在于核糖核苷酸的排列顺序不同。123456789 101112131415 161718下列有关说法不正确的是A.甲基因可能是控制血红蛋白合成的基因B.丁基因可能是控制呼吸酶合成的基因C.三种细胞功能不同的根本原因是细胞中的遗传信息不同D.三种细胞都有甲、乙、丙、丁四种基因的根本原因是人体细胞都来
23、源于同一个受精卵12.下表表示某人体三种不同细胞中的基因存在及表达情况：123456789 101112131415 161718细胞种类基因存在情况基因表达情况甲乙丙丁甲乙丙丁幼嫩红细胞 眼晶状体细胞 神经细胞 解析甲基因只在幼嫩红细胞中表达，很可能是控制血红蛋白合成的基因，A正确；由于幼嫩红细胞、眼晶状体细胞和神经细胞都要进行细胞呼吸，故控制呼吸酶合成的基因在三个细胞中都可表达，因此，丁基因可能是控制呼吸酶合成的基因，B正确；三种细胞功能不同的根本原因是基因的选择性表达，C错误；三种细胞都来自同一个受精卵，故遗传信息相同，D正确。123456789 101112131415 1617181
24、3.表观遗传现象产生的原因不包括A.DNA中基因的甲基化B.DNA中基因的碱基序列改变C.构成染色体的组蛋白发生甲基化D.构成染色体的组蛋白发生乙酰化解析除了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而产生表观遗传现象。但表观遗传时基因的碱基序列没有变化。123456789 101112131415 16171814.(2020株洲检测)下列能说明细胞已发生分化的依据是A.细胞中有指导合成胰岛素的mRNAB.缺氧条件下进行无氧呼吸C.具有病毒抗体的基因D.RNA聚合酶结合到DNA上解析细胞分化的实质是基因的选择性表达。人体的各种组织细胞中都含有胰岛素基因，但只有
25、胰岛B细胞中的胰岛素基因才能表达形成胰岛素的mRNA和胰岛素，因此，细胞中有指导合成胰岛素的mRNA说明细胞已发生分化。123456789 101112131415 16171815.下列关于表观遗传的叙述，不正确的是A.同卵双胞胎的微小差异与表观遗传有关B.基因的碱基序列不变，基因表达的程度可能不同C.表观遗传时表型发生变化一般是不可遗传的D.表观遗传现象普遍存在于生物体的整个生命活动中123456789 101112131415 16171816.研究发现，某些特定的行为和生活经历能够被遗传。如小鼠在闻到以前给予它们父辈电击而产生恐惧感的气味时，会表现出恐惧。下列与这个实例有关的是A.小鼠
26、被喂以高脂肪的食物而出现肥胖症B.双胞胎的遗传信息基本相同，患病的可能性也相似C.亲代早期的生活经历会在遗传物质上打下烙印，并可传递下去D.果蝇的亲代用某种药物处理，使DNA(基因)发生改变，后代果蝇也表 现出与亲代一样的变化123456789 101112131415 16171817.DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶(Dnmts)的催化下，将甲基基团转移到胞嘧啶上的一种修饰方式。DNA的甲基化可导致基因表达的沉默，基因组总体甲基化水平低会导致一些在正常情况下受抑制的基因如原癌基因被激活，从而使细胞癌变，据此分析下列说法正确的是A.细胞癌变可能与原癌基因的高效表达有关B.抑制Dnmts酶活
27、性会降低细胞癌变的概率C.DNA的甲基化会阻碍RNA聚合酶与基因上的密码子的结合D.DNA的甲基化改变了原癌基因的碱基序列123456789 101112131415 161718解析据题意分析可知，DNA甲基化会导致基因表达的沉默，而基因组总体甲基化水平低会导致原来受抑制的基因如原癌基因被激活，故细胞癌变可能与原癌基因的高效表达有关，A正确；Dnmts酶会导致DNA甲基化，抑制Dnmts酶活性会导致甲基化水平降低，而基因组总体甲基化水平低可能会导致癌变，故抑制Dnmts酶活性可能提高细胞癌变的概率，B错误；DNA的甲基化可导致基因表达的沉默，阻碍RNA聚合酶与基因上的启动部位结合，密码子在m
28、RNA上，C错误；DNA的甲基化会将甲基基团转移到胞嘧啶上，并没有改变原癌基因的脱氧核糖核苷酸序列，D错误。123456789 101112131415 16171818.表观遗传是指DNA序列不改变，而基因的表达发生可遗传改变的现象。DNA甲基化是表观遗传中最常见的现象之一。某些基因在启动子上存在富含双核苷酸“CG”的区域，称为“CG岛”。其中的胞嘧啶在发生甲基化后转变成5-甲基胞嘧啶，但仍能与鸟嘌呤互补配对。细胞中存在两种DNA甲基化酶(如图1所示)，从头甲基化酶只作用于非甲基化的DNA，使其半甲基化；维持甲基化酶只作用于DNA的半甲基化位点，使其全甲基化。分析回答下列问题：1234567
29、89 101112131415 161718(1)由上述材料可知，DNA甲基化_(填“会”或“不会”)改变基因转录产物的碱基序列。123456789 101112131415 161718不会解析由材料可知，胞嘧啶在发生甲基化后仍能与鸟嘌呤互补配对，由此可知甲基化不会影响DNA转录时DNA与RNA的碱基互补配对，基因转录产物RNA的碱基序列不会发生变化。(2)由于图2中过程的方式是_，所以其产物都是_甲基化的，因此过程必须经过_的催化才能获得与亲代分子相同的甲基化状态。123456789 101112131415 161718半保留复制解析表示DNA复制，方式是半保留复制；因为半保留复制中新合
30、成的DNA单链正常，则其产物为半甲基化的DNA；亲代DNA为全甲基化，过程表示半甲基转化为全甲基化过程，需要维持甲基化酶催化。半维持甲基化酶(3)研究发现，启动子中“CG岛”的甲基化会影响相关蛋白质与启动子的结合，从而抑制_。123456789 101112131415 161718解析在转录过程中，RNA聚合酶需要与启动子相结合，催化RNA的合成，启动子中“CG岛”的甲基化会影响RNA聚合酶与启动子结合，从而影响基因的表达。基因的表达(4)5-氮杂胞苷(AZA)常用于临床上治疗DNA甲基化引起的疾病。推测AZA可能的作用机制之一是AZA在_过程中掺入DNA分子，导致与DNA结合的甲基化酶活性降低，从而降低DNA的甲基化程度。另一种可能的机制是AZA与“CG岛”中的_竞争甲基化酶，从而降低DNA的甲基化程度。123456789 101112131415 161718DNA复制胞嘧啶解析甲基化发生在碱基上，位于双螺旋结构的内部，最可能是DNA复制中，DNA解旋，AZA在此过程中掺入DNA分子；“CG岛”中的胞嘧啶与甲基化酶结合，产生DNA甲基化，故AZA可能会与胞嘧啶竞争甲基化酶，降低DNA甲基化程度。123456789 101112131415 161718本课结束
