《基因表达与性状的关系》人教版高中生物1课件.ppt
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- 基因表达与性状的关系 基因 表达 性状 关系 人教版 高中生物 课件
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1、问题探讨问题探讨 同一株水毛茛,裸露在空同一株水毛茛,裸露在空气中的叶和浸在水中的叶,表气中的叶和浸在水中的叶,表现出了两种不同的形态。现出了两种不同的形态。讨论讨论 1.1.这两种形态的叶,其细这两种形态的叶,其细胞的基因组成一样吗?胞的基因组成一样吗?2.2.这两种叶形的差异,可能是由什么因素引起的?这两种叶形的差异,可能是由什么因素引起的?提示:两种形态的叶,其细胞的基因组成是一样的。提示:两种形态的叶,其细胞的基因组成是一样的。提示:这两种叶形的差异可能是由于叶片所处的环提示:这两种叶形的差异可能是由于叶片所处的环境引起的。境引起的。我们已经知道生物体的性状是由基因我们已经知道生物体的
2、性状是由基因控制的。那么基因是如何控制性状的呢?上面控制的。那么基因是如何控制性状的呢?上面“问题探讨问题探讨”的内容又在提示我们,基因和性的内容又在提示我们,基因和性状不一定是一一对应的关系。这又是怎么回事状不一定是一一对应的关系。这又是怎么回事呢?呢?第第2 2节节 基因表达与性状的关系基因表达与性状的关系教学目标教学目标 1.1.举例说明基因通过控制酶的合成和蛋白质的举例说明基因通过控制酶的合成和蛋白质的结构控制生物体的性状。结构控制生物体的性状。2.2.说明细胞分化是基因选择表达的结果。说明细胞分化是基因选择表达的结果。3.3.概述生物体的表观遗传现象。概述生物体的表观遗传现象。教学重
3、点教学重点 1.1.基因表达与性状的关系。基因表达与性状的关系。2.2.细胞分化的本质是基因的选择性表达细胞分化的本质是基因的选择性表达 3.3.表观遗传现象表观遗传现象难点难点 表观遗传现象表观遗传现象本节聚焦本节聚焦 1.1.基因如何控制生物体的性状?基因如何控制生物体的性状?2.2.细胞分化与基因表达有什么关系?细胞分化与基因表达有什么关系?3.3.表观遗传信息是如何调控基因表达的?表观遗传信息是如何调控基因表达的?4.4.怎样理解基因与性状关系的复杂性?怎样理解基因与性状关系的复杂性?第第2 2节节 基因表达与性状的关系基因表达与性状的关系一、基因表达产物与性状的关系一、基因表达产物与
4、性状的关系实例一:豌豆的圆粒和皱粒实例一:豌豆的圆粒和皱粒 基因控制生物的性状,基因又指导蛋白质的合基因控制生物的性状,基因又指导蛋白质的合成,那么基因、蛋白质与性状之间是什么关系呢?成,那么基因、蛋白质与性状之间是什么关系呢?实例一:豌豆的圆粒和皱粒实例一:豌豆的圆粒和皱粒编码淀粉分支酶的基因正常编码淀粉分支酶的基因正常淀粉分支酶正常合成淀粉分支酶正常合成淀粉含量高,而蔗糖含量低淀粉含量高,而蔗糖含量低淀粉含量高,有效保留水分,豌淀粉含量高,有效保留水分,豌豆显得圆鼓鼓(豆显得圆鼓鼓(性状:圆粒性状:圆粒)DNA DNA中插入了一段中插入了一段外来的外来的DNADNA序列序列,打乱了编码,打
5、乱了编码淀粉分淀粉分支酶的基因支酶的基因淀粉分支酶淀粉分支酶不能正常合成不能正常合成淀粉含量低,蔗糖含量高淀粉含量低,蔗糖含量高淀粉含量低的豌豆由于失水淀粉含量低的豌豆由于失水而显得皱缩(而显得皱缩(性状:皱粒性状:皱粒)一、基因表达产物与性状的关系一、基因表达产物与性状的关系基因基因酶酶代谢代谢过程过程性状性状实例二、白化病实例二、白化病控制酪氨酸酶的控制酪氨酸酶的基因基因正常正常酪氨酸酶酪氨酸酶正常合成正常合成表现正常表现正常酪氨酸能转化为黑色素酪氨酸能转化为黑色素控制酪氨酸酶的控制酪氨酸酶的基因异常基因异常酪氨酸酶不能酪氨酸酶不能正常合成正常合成表现为白化病表现为白化病酪氨酸不能转化为黑
6、色素酪氨酸不能转化为黑色素基因基因酶酶代谢代谢过程过程性状性状一、基因表达产物与性状的关系一、基因表达产物与性状的关系 囊性纤维病是北美白种人中常见的囊性纤维病是北美白种人中常见的一种遗传病,患者汗液中氯离子的浓度升一种遗传病,患者汗液中氯离子的浓度升高,支气管被异常的黏液堵塞,常于幼年高,支气管被异常的黏液堵塞,常于幼年时死于肺部感染。时死于肺部感染。实例三、囊性纤维病实例三、囊性纤维病一、基因表达产物与性状的关系一、基因表达产物与性状的关系CFTRCFTR基因缺失了基因缺失了3 3个碱基个碱基CFTRCFTR蛋白结构异常,导致功能异常蛋白结构异常,导致功能异常患者支气管内黏液增多患者支气管
7、内黏液增多黏液清除困难,细菌繁殖,肺部感染黏液清除困难,细菌繁殖,肺部感染 基因基因蛋白质结构蛋白质结构 性状性状实例三、囊性纤维病实例三、囊性纤维病一、基因表达产物与性状的关系一、基因表达产物与性状的关系控制血红蛋白的基因控制血红蛋白的基因中一个碱基对变化中一个碱基对变化血红蛋白结构发生变化血红蛋白结构发生变化红细胞呈镰刀状红细胞呈镰刀状控制血红蛋白控制血红蛋白的基因正常的基因正常血红蛋白结构正常血红蛋白结构正常正常红细胞正常红细胞 基因基因蛋白质结构蛋白质结构 性状性状一、基因表达产物与性状的关系一、基因表达产物与性状的关系基因基因蛋白质的结构蛋白质的结构 性状性状基因基因酶酶代谢过程代谢
8、过程 性状性状一、基因表达产物与性状的关系一、基因表达产物与性状的关系由实例一和二,可知:由实例一和二,可知:由实例三和四,可知:由实例三和四,可知:1.1.基因对生物性状的间接控制基因对生物性状的间接控制2.2.基因对生物性状的直接控制基因对生物性状的直接控制 生物体的性状虽然生物体的性状虽然在形式上千差万别在形式上千差万别,但本质上都与蛋白质有关。但本质上都与蛋白质有关。为什么?二、基因的选择性表达与细胞分化二、基因的选择性表达与细胞分化 生物体多种性状的形成,都是以细胞分化为生物体多种性状的形成,都是以细胞分化为基础的。基础的。同一生物体不同类型的细胞,基因都是相同同一生物体不同类型的细
9、胞,基因都是相同的,而形态、结构和功能却各不相同。的,而形态、结构和功能却各不相同。这是为什么呢?这是为什么呢?这三位有名的人,他们的基因相似度达到了这三位有名的人,他们的基因相似度达到了99.99%99.99%。但是他们的相貌差距巨大,为什么呢?但是他们的相貌差距巨大,为什么呢?分析不同类型细胞中分析不同类型细胞中DNADNA和和mRNAmRNA的检测结果的检测结果 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,对着三种细胞中的胰岛细胞,对着三种细胞中的DNADNA和和mRNAmRNA进行了检测,结果如下:进行了检测,结果如下:检测
10、的检测的3 3种细胞种细胞卵清蛋白基因、珠蛋卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因白基因、胰岛素基因卵清蛋白卵清蛋白mRNAmRNA珠蛋白珠蛋白mRNAmRNA胰岛素胰岛素mRNAmRNA输卵管细胞输卵管细胞+-红细胞红细胞+-+-胰岛细胞胰岛细胞+-+说明:说明:“+”表示检测发现相应的分子,表示检测发现相应的分子,“-”表示检测未发现相应的分子。表示检测未发现相应的分子。二、基因的选择性表达与细胞分化二、基因的选择性表达与细胞分化分析不同类型细胞中分析不同类型细胞中DNADNA和和mRNAmRNA的检测结果的检测结果讨论讨论1.1.这这3 3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别?种细胞中合成的
11、蛋白质种类有什么差别?2.32.3种细胞中的种细胞中的DNADNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素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基因,但只检测到其中一种基因的mRNAmRNA,这一事实说明了什么?,这一事实说明了什么?3.33.3种细胞中有表达情况相同的基因吗?说明理由。种细胞中有表达情况相同的基因吗?说明理由。4.4.请根据基因在不同类型细胞中的表达情况,尝试对基因进行请根据基因在不同类型细胞中的表达情况,尝试对基因进行分类,并对基因种类进行分类,并对基因种类进行“命名命名”。5.5.造成同一生物体不同类型的细胞的形态、结构和功能差异的造成同一生物
12、体不同类型的细胞的形态、结构和功能差异的原因是什么?原因是什么?二、基因的选择性表达与细胞分化二、基因的选择性表达与细胞分化分析不同类型细胞中分析不同类型细胞中DNADNA和和mRNAmRNA的检测结果的检测结果 讨论讨论 1.1.这这3 3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别?种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别?二、基因的选择性表达与细胞分化二、基因的选择性表达与细胞分化提示:提示:3 3种基因转录的种基因转录的mRNAmRNA分别出现在分别出现在3 3种细胞种细胞中,表明每种细胞只合成中,表明每种细胞只合成3 3种蛋白质中的一种。种蛋白质中的一种。如输卵管细胞只合成卵清蛋白,红细胞只合成如输
13、卵管细胞只合成卵清蛋白,红细胞只合成珠蛋白,胰岛素细胞只合成胰岛素。珠蛋白,胰岛素细胞只合成胰岛素。分析不同类型细胞中分析不同类型细胞中DNADNA和和mRNAmRNA的检测结果的检测结果 讨论讨论 2.3 2.3种细胞中的种细胞中的DNADNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白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基因和胰岛素基因,但只检测到其中一种基因的mRNAmRNA,这一事实说明了什么?这一事实说明了什么?3.3.3 3种细胞中有表达情况相同的基因吗?说明理由。种细胞中有表达情况相同的基因吗?说明理由。二、基因的选择性表达与细胞分化二、基因的选择性表达与细胞分化提
14、示:有,核糖体蛋白基因、提示:有,核糖体蛋白基因、ATPATP合成酶基因、细胞合成酶基因、细胞呼吸酶基因等在所有细胞中都表达。呼吸酶基因等在所有细胞中都表达。提示:这一事实说明,细胞中并不是所有的基因都能提示:这一事实说明,细胞中并不是所有的基因都能得到表达,基因的表达存在选择性。得到表达,基因的表达存在选择性。分析不同类型细胞中分析不同类型细胞中DNADNA和和mRNAmRNA的检测结果的检测结果 讨论讨论 4.4.请根据基因在不同类型细胞中的表达情况,尝请根据基因在不同类型细胞中的表达情况,尝试对基因进行分类,并对基因种类进行试对基因进行分类,并对基因种类进行“命名命名”。二、基因的选择性
15、表达与细胞分化二、基因的选择性表达与细胞分化提示:细胞中表达的基因包括两种类型:一类是在所有细胞中提示:细胞中表达的基因包括两种类型:一类是在所有细胞中都能得到持续、稳定表达的基因,如核糖体蛋白基因、都能得到持续、稳定表达的基因,如核糖体蛋白基因、RNARNA聚合聚合酶基因、酶基因、ATPATP合成酶基因、细胞呼吸酶基因等,这类基因表达的合成酶基因、细胞呼吸酶基因等,这类基因表达的蛋白质是细胞生活所必需的,称为蛋白质是细胞生活所必需的,称为管家基因管家基因;另一类是使细胞;另一类是使细胞在形态、结构和功能上产生稳定差异的特异性表达的基因,也在形态、结构和功能上产生稳定差异的特异性表达的基因,也
16、就是选择性表达的基因,称为就是选择性表达的基因,称为奢侈基因奢侈基因,如卵清蛋白基因、珠,如卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因等。蛋白基因、胰岛素基因等。分析不同类型细胞中分析不同类型细胞中DNADNA和和mRNAmRNA的检测结果的检测结果 讨论讨论 5.5.造成同一生物体不同类型的细胞的形态、结构造成同一生物体不同类型的细胞的形态、结构和功能差异的原因是什么?和功能差异的原因是什么?二、基因的选择性表达与细胞分化二、基因的选择性表达与细胞分化提示:每种类型的细胞只表达一部分基因,即基因表提示:每种类型的细胞只表达一部分基因,即基因表达的差异产生了不同类型的细胞。达的差异产生了不同类型的细
17、胞。科学家研究发现科学家研究发现1.1.在细胞中的基因有些表达,有些不表达。在细胞中的基因有些表达,有些不表达。2.2.在不同类型的细胞中,表达的基因大致可分为两类:在不同类型的细胞中,表达的基因大致可分为两类:一类为:管家基因;另一类为:奢侈基因。一类为:管家基因;另一类为:奢侈基因。3.3.细胞分化的本质就是基因的选择性表达。细胞分化的本质就是基因的选择性表达。4.4.基因的选择性表达与基因的选择性表达与基因表达的调控基因表达的调控有关。有关。二、基因的选择性表达与细胞分化二、基因的选择性表达与细胞分化如何调控?如何调控?三、表观遗传三、表观遗传 基因什么时候表达、在哪种细胞中表达以基因什
18、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。直接影响性状。如何调控?如何调控?讨论讨论 1.1.上述资料中,柳穿鱼和小上述资料中,柳穿鱼和小鼠现在改变的原因是什么?鼠现在改变的原因是什么?提示:在花型不同的柳穿鱼植株提示:在花型不同的柳穿鱼植株中,中,LcycLcyc基因相同,但该基因的基因相同,但该基因的表达存在差异,开辐射对称花的表达存在差异,开辐射对称花的植株植株B B,LcycLcyc基因被高度甲基化,基因被高度甲基化,因此不表达。小鼠毛色改变的基因此不表达。小鼠毛色改变的基因是因是A Avyvy基因的
19、甲基化程度不同,基因的甲基化程度不同,导致该基因的表达受到抑制的程导致该基因的表达受到抑制的程度不同,进而影响性状。度不同,进而影响性状。发生在基因或基因前端发生在基因或基因前端的甲基化修饰均导致相关基因的的甲基化修饰均导致相关基因的表达受到抑制,进而影响性状。表达受到抑制,进而影响性状。三、表观遗传三、表观遗传讨论讨论2.2.分析资料分析资料1 1,F F1 1的花为什么与的花为什么与植株植株A A的相似?在的相似?在F F2 2中,为什么中,为什么有些植株的花与植株有些植株的花与植株B B的相似?的相似?提示:提示:F F1 1植株同时含有来自植株植株同时含有来自植株A A和植株和植株B
20、B的的LcycLcyc基因。植株基因。植株A A的的LcycLcyc基因能够表基因能够表达,表现为显性;植株达,表现为显性;植株B B的的LcycLcyc基因由基因由于部分碱基甲基化,基因表达受到抑制,于部分碱基甲基化,基因表达受到抑制,表现为隐性。因此,同时含有这两个基表现为隐性。因此,同时含有这两个基因的因的F F1 1中,中,F F1 1的花与植株的花与植株A A的相似。的相似。F F1 1自自交后,交后,F F2 2中有少部分植株含有两个来自中有少部分植株含有两个来自植株植株B B的的LcycLcyc基因,由于该基因的部分基因,由于该基因的部分碱基被甲基化,基因表达受到抑制,因碱基被甲
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