4.2 基因表达与性状的关系 ppt课件(3)-2023新人教版(2019)《高中生物》必修第二册.pptx
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1、4.2 基因表达与性状的关系问题探讨问题探讨 白萝卜的白萝卜的根为什么有两种颜色根为什么有两种颜色?水毛茛的叶为什么有两种形态?水毛茛的叶为什么有两种形态?为什么橘生淮南则为橘,生于淮北则为枳?为什么橘生淮南则为橘,生于淮北则为枳?思考:1.同一种生物的体细胞遗传物质一般相同吗?2.出现上述现象可能是什么原因导致的?相同相同环境因素环境因素 现代遗传学认为:生物的性状是由 控制的,性状是由 体现的。基因基因指导合成指导合成蛋白质蛋白质体现体现性状性状如何控制?如何控制?基因基因蛋白质蛋白质DNADNARNARNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译复制复制基因、蛋白质、性状三者间究竟存在怎样的联系?基
2、因、蛋白质、性状三者间究竟存在怎样的联系?一、基因表达产物与性状的关系性状对比性状对比基因对比:基因对比:圆粒:饱满,能有效保留水分圆粒:饱满,能有效保留水分皱粒:皱缩,失水皱粒:皱缩,失水圆粒:含有编码圆粒:含有编码淀粉分支酶淀粉分支酶的基因的基因 皱粒:插入了一段外来皱粒:插入了一段外来DNADNA序列,打乱了编码序列,打乱了编码淀粉分支酶的基因。淀粉分支酶的基因。实例实例1 1:豌豆的圆粒与皱粒:豌豆的圆粒与皱粒圆粒豌豆圆粒豌豆皱粒豌豆皱粒豌豆 一、基因表达产物与性状的关系淀粉分支酶淀粉分支酶正常合成正常合成蔗糖合成为淀粉蔗糖合成为淀粉,淀粉含量升高淀粉含量升高淀粉含量高,有效保留水分,
3、淀粉含量高,有效保留水分,豌豆显得豌豆显得圆鼓鼓圆鼓鼓(圆粒圆粒)编码淀粉分支酶的编码淀粉分支酶的基因基因正常正常外来外来DNADNA序列打乱了序列打乱了编码淀粉分支酶的编码淀粉分支酶的基因基因淀粉分支酶淀粉分支酶不能正常合成不能正常合成蔗糖不合成为淀粉蔗糖不合成为淀粉,蔗糖含量升高蔗糖含量升高淀粉含量低的豌豆淀粉含量低的豌豆由于由于 失水失水而显得皱缩而显得皱缩(皱粒皱粒)实例实例1 1:豌豆的圆粒与皱粒:豌豆的圆粒与皱粒 一、基因表达产物与性状的关系实例实例2 2:人的白化病:人的白化病 一、基因表达产物与性状的关系性状对比性状对比基因对比:基因对比:正常:皮肤颜色正常,毛发为黑色正常:皮
4、肤颜色正常,毛发为黑色患者:患者:皮肤、毛发为淡白色皮肤、毛发为淡白色正常:含有编码正常:含有编码酪氨酸酶酪氨酸酶的基因的基因患者:编码患者:编码酪氨酸酶酪氨酸酶的基因异常的基因异常 一、基因表达产物与性状的关系 酪氨酸酶不能正常合成酪氨酸酶不能正常合成酪氨酸不能转化为黑色素酪氨酸不能转化为黑色素控制酪氨酸酶的基因异常控制酪氨酸酶的基因异常表现为表现为白化病白化病控制酪氨酸酶的基因正常控制酪氨酸酶的基因正常酪氨酸酶正常合成酪氨酸酶正常合成酪氨酸能转化为黑色素酪氨酸能转化为黑色素表现表现正常正常实例实例2 2:人的白化病:人的白化病 一、基因表达产物与性状的关系结论一:结论一:基因通过基因通过控
5、制酶的合成控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体来控制代谢过程,进而控制生物体的性状。的性状。性性状状控制控制 酶的合成酶的合成细胞代谢细胞代谢基基因因这是一种这是一种间接间接控制控制途径途径如:例一豌豆的圆粒和皱粒、例二白化病如:例一豌豆的圆粒和皱粒、例二白化病 一、基因表达产物与性状的关系实例实例3 3 :囊性纤维化:囊性纤维化 囊性纤维化是北美白种人中常见的一种遗传病,患者支气管被异常囊性纤维化是北美白种人中常见的一种遗传病,患者支气管被异常的粘液堵塞,常于幼年时死于肺部感染。的粘液堵塞,常于幼年时死于肺部感染。正常气管正常气管囊性纤维化气管囊性纤维化气管气流大小气流大小 一、基因表
6、达产物与性状的关系编码编码CFTRCFTR蛋白的基因蛋白的基因_CFTRCFTR蛋白在蛋白在508508位缺少位缺少_CFTRCFTR蛋白转运蛋白转运_的功能异常的功能异常支气管黏液增多,管腔受阻,细菌支气管黏液增多,管腔受阻,细菌在肺部大量繁殖,肺功能严重受损在肺部大量繁殖,肺功能严重受损CFTRCFTR蛋白蛋白_发生变化发生变化缺失缺失3 3个碱基个碱基苯丙氨酸苯丙氨酸空间结构空间结构氯离子氯离子实例实例3 3 :囊性纤维化:囊性纤维化 一、基因表达产物与性状的关系实例实例4 4:镰刀型细胞贫血症:镰刀型细胞贫血症 控制血红蛋白形成基因的控制血红蛋白形成基因的一个碱基一个碱基发生变化(碱基
7、替换)导致发生变化(碱基替换)导致血红血红蛋白蛋白-肽链肽链的的第第6 6位位谷氨酸被缬氨酸谷氨酸被缬氨酸替换替换,血红蛋白的结构血红蛋白的结构发生变化,发生变化,将红细胞扭曲成镰刀状,大大降低运输氧的能力。将红细胞扭曲成镰刀状,大大降低运输氧的能力。一、基因表达产物与性状的关系血红蛋白的结构正常血红蛋白的结构正常红细胞红细胞呈圆饼状呈圆饼状控制血红蛋白形成控制血红蛋白形成的的基因碱基对正常基因碱基对正常红细胞正常红细胞正常红细胞易破裂红细胞易破裂,患溶血性贫血患溶血性贫血控制血红蛋白形成的控制血红蛋白形成的基因中基因中一个碱基对变化一个碱基对变化血红蛋白的结构发生变化血红蛋白的结构发生变化红
8、细胞红细胞呈镰刀状呈镰刀状实例实例4 4:镰刀型细胞贫血症:镰刀型细胞贫血症 一、基因表达产物与性状的关系结论二:结论二:基因通过基因通过控制蛋白质的结构控制蛋白质的结构直接直接控制生物体的性状。控制生物体的性状。如:例如:例3 3肺部囊性纤维病、例肺部囊性纤维病、例4 4镰状细胞贫血症镰状细胞贫血症性性状状控制控制控制控制酶的合成酶的合成细胞代谢细胞代谢蛋白质结构蛋白质结构间接间接直接直接基基因因 二、基因的选择性表达与细胞分化细胞分化细胞分化 二、基因的选择性表达与细胞分化细胞分化:细胞分化:在个体发育中,由一个或在个体发育中,由一个或一种细胞增殖产生的后代,在一种细胞增殖产生的后代,在形
9、态、结构和生理功能上发生形态、结构和生理功能上发生稳定差异的过程。稳定差异的过程。思考讨论 科学家提取了鸡的科学家提取了鸡的输卵管细胞输卵管细胞、红细胞红细胞(有细胞核)和(有细胞核)和胰岛细胞胰岛细胞,对这对这3 3种细胞中的种细胞中的DNADNA和和mRNAmRNA进行了检测,结果如下表所示。进行了检测,结果如下表所示。检测的检测的3 3种细胞种细胞卵清蛋白基因、卵清蛋白基因、珠蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素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+二、基因的选择性表达与细胞分化
10、检测的检测的3 3种细胞种细胞卵清蛋白基因、卵清蛋白基因、珠蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素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+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?3 3种细胞中合成的蛋白质种类不完全相同,虽然有些蛋白质在所有种细胞中合成的蛋白质种类不完全相同,虽然有些蛋白质在所有的细胞中都合成,但有一些特定功能的蛋白质只在特定的细胞中合成的细胞中都合成,但有一些特定功能的蛋白质只在特定的细胞中合成。2.32.3种细胞中的种细
11、胞中的DNADNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因,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?细胞中并不是所有的基因都表达,基因的表达存在选择性细胞中并不是所有的基因都表达,基因的表达存在选择性。管家基因:管家基因:奢侈基因:奢侈基因:在所有细胞中都表达的基因,指导合成的在所有细胞中都表达的基因,指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必须的。蛋白质是维持细胞基本生命活动所必须的。如呼吸酶基因、核糖体蛋白基因等。如呼吸酶基因、核糖体蛋白基因等。只在某类细胞中特异性表达的基因,
12、这只在某类细胞中特异性表达的基因,这类基因表达会使细胞在形态、结构和功类基因表达会使细胞在形态、结构和功能上产生稳定的差异。能上产生稳定的差异。如胰岛素基因、血红蛋白基因等。如胰岛素基因、血红蛋白基因等。细胞分化的本质:细胞分化的本质:基因的选择性表达基因的选择性表达 三、表观遗传基因的选择性表达如何实现?基因的选择性表达如何实现?调控基因是否表达调控基因是否表达调控基因表达多少调控基因表达多少这与这与基因表达的调控基因表达的调控有关。有关。表观遗传就是一种非常重要的基因表达调控手段表观遗传就是一种非常重要的基因表达调控手段基因的表达水平直接影响生物的性状。基因的表达水平直接影响生物的性状。三
13、、表观遗传实例实例1 1:柳穿鱼的花形态遗传:柳穿鱼的花形态遗传 柳穿鱼是一种园林花卉。如图所示的柳穿鱼是一种园林花卉。如图所示的两株柳穿鱼,除了花的形态结构不同,其两株柳穿鱼,除了花的形态结构不同,其他方面基本相同。他方面基本相同。柳川鱼花的形态结构柳川鱼花的形态结构与与LcycLcyc基因的表达直接相关。基因的表达直接相关。植株植株A A植株植株B BA A、B B两种植株:两种植株:LcycLcyc基因的序列相同基因的序列相同 植株植株A A:LcycLcyc基因在开花时表达基因在开花时表达 植株植株B B:LcycLcyc基因不表达基因不表达 植株植株B B的的LcycLcyc基因基因
14、部分碱基发部分碱基发生了生了甲基化甲基化修饰,修饰,抑制了基因的抑制了基因的表达表达,进而对,进而对表型表型产生影响产生影响 三、表观遗传LcycLcyc基因基因LcycLcyc基因基因甲基化程度低甲基化程度低开花时开花时LcycLcyc基因表达基因表达LcycLcyc基因基因LcycLcyc基因基因甲基化程度高甲基化程度高开花时开花时LcycLcyc基因不表达基因不表达植株植株A A植株植株B B实例实例1 1:柳穿鱼的花形态遗传:柳穿鱼的花形态遗传 三、表观遗传LcycLcyc基因基因正常正常植株植株A A开花时表达开花时表达LcycLcyc基因基因高度甲基化高度甲基化植株植株B B开花时
15、不表达开花时不表达(自交)(自交)F F2 2绝大部分植株的花与植株绝大部分植株的花与植株A A相似相似少部分植株的花与植株少部分植株的花与植株B B相似相似(杂交)(杂交)F F1 1与植株与植株A A相似相似 三、表观遗传实例实例1 1:柳穿鱼的花形态遗传:柳穿鱼的花形态遗传 植株植株A A的的LcycLcyc基因能够表达,表现为显性;植株基因能够表达,表现为显性;植株B B的的LcycLcyc基因基因由于部分碱基被甲基化由于部分碱基被甲基化,基因表达受到抑制,表现为隐性。基因表达受到抑制,表现为隐性。Lcyc基因植株ALcyc基因表达Lcyc基因植株BLcyc基因不表达甲基化LcycLc
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