2021-2022学年高一下学期生物人教版（2019）必修2 4.2基因表达与性状的关系课件(共31张PPT)

(共31张PPT)
4.2 基因表达与性状的关系
问题:
为什么使用基因敲除技术能实现这种转变？
基因如何控制生物性状？
罂粟，它的花朵娇艳欲滴，但果实却可能给人带来无穷的灾难与痛苦。为了得到观赏用罂粟，科学家目前利用基因敲除技术，去除某种吗啡合成酶基因，可以使罂粟不生成某种吗啡合成酶，阻断吗啡的合成途径，获得“安全的”罂粟植株。
针对特定的生物学现象，进行观察、提问。体现了科学探究的核心素养。
【情境导入】
1.阐述基因表达产物与性状的关系。（生命观念、科学思维）
2.理解基因的选择性表达与细胞分化的关系。（科学思维）
3.举例说出表观遗传的类型及对基因表达的影响。（生命观念、科学思维）
3.1.5概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象。
基因→蛋白质→性状
转录→翻译
？
生命活动的主要载体
结构成分
运输功能
调节作用
催化作用
免疫作用
探究：基因、蛋白质与性状的关系
针对特定的生物学现象，进行观察、提问。体现了科学探究的核心素养。
一、基因表达产物与性状的关系
【探究导学】
豌豆的圆粒与皱粒
思考：如何从基因控制性状的角度解释这一对相对性状的形成？
DNA中插入了一段外来的DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因
淀粉分支酶不能正常合成
蔗糖不能合成为淀粉，淀粉含量降低
淀粉含量低的豌豆由于失水而显得皱缩（性状：皱粒）
编码淀粉分支酶的基因正常
淀粉分支酶正常合成
蔗糖合成淀粉，淀粉含量升高
淀粉含量高，有效保留水分，豌豆显得圆圆胖胖（性状：圆粒）
从基因的角度来解释豌豆的圆粒与皱粒
实例一：豌豆的圆粒与皱粒
控制酪氨酸酶的 异常
控制酪氨酸酶的 正常
不能正常合成
正常合成
酪氨酸不能转化为黑色素
表现为白化病
表现正常
基因
酪氨酸酶
酪氨酸能转化为黑色素
基因
酪氨酸酶
基因
酶
代谢过程
性状
实例二：白化病
思考：你能仿照实例一,来解释白化病的病因吗
从这两个例子中我们能总结出什么样的共同特点呢？
【结论】
基因
控制
酶的合成
细胞代谢
控制
性状
控制
基于生物学事实和证据运用归纳与概括，体现了科学思维的核心素养。
实例三：
镰状细胞贫血
镰状红细胞
正常红细胞
镰状细胞贫血患者的红细胞不是正常的圆饼状,而是弯曲的镰刀状。症状是发烧和肌肉疼痛、疲劳、呼吸困难、咳嗽、心跳速率快、生长及青春期发育迟缓。
思考：镰状细胞贫血是怎样导致的？
控制血红蛋白
的基因正常
血红蛋白结构正常
正常红细胞
控制血红蛋白的基因
中一个碱基对变化
血红蛋白结构发生变化
红细胞呈镰刀状
实例四：囊性纤维化
编码转运蛋白（CFTR蛋白）的基因缺失了3个碱基
支气管管腔受阻，细菌在肺部大量生长繁殖，肺功能严重受损
导致CFTR蛋白缺少苯丙氨酸，影响了CFTR蛋白结构
使CFTR转运氯离子的功能出现异常，导致患者支气管中黏液增多
从这两个例子中你又能总结出什么结论？
基因
控制
蛋白质的结构
性状
【结论】
控制
基于生物学事实和证据运用归纳与概括，体现了科学思维的核心素养。
基因控制生物的性状主要有以下两个途径：
基因
结构蛋白
细胞结构
生物性状
酶或激素
细胞代谢
生物性状
蛋白质
直接控制
间接控制
总之：a.生物性状主要是由 体现。
b.蛋白质的合成又受 的控制。
所以：生物的性状是由 控制的。
蛋白质
基因
基因
【例1】如图为人体内基因对性状的控制过程，下列叙述不正确的是(　　)
A．图中①②过程发生的场所分别是细胞核、细胞质中的核糖体
B．镰状细胞贫血致病的根本原因是基因发生了改变
C．人体衰老引起白发增多的主要原因是图中的酪氨酸酶的活性下降
D．该图反映了基因对性状的控制是通过控制酶的合成，进而控制代谢活动来进行的
D
正常基因编码的血红蛋白组成的红细胞结构是正常的，而异常基因编码的血红蛋白组成的红细胞结构异常，说明基因通过控制血红蛋白的结构直接控制生物性状；缺乏酪氨酸酶会导致黑色素无法合成，说明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。
二、基因的选择性表达与细胞分化
分析不同类型细胞中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，结果如下表所示：
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。
思考并讨论：
(1)这3种细胞合成的蛋白质种类有何差别？
(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？
针对特定的生物学现象，进行观察、提问,体现了科学探究的核心素养。
提示：输卵管细胞只能合成卵清蛋白、不能合成珠蛋白和胰岛素;红细胞只能合成珠蛋白、不能合成另外两种;胰岛细胞只能合成胰岛素、不能合成另外两种。
提示：含有相同基因的不同种细胞，基因并不完全表达出来，基因的表达存在选择性。
基因表达的类型 合成蛋白质的类型 举例
在所有细胞中都表达 维持细胞基本生
命活动所必需的 核糖体蛋白基因
ATP合成酶基因
只在某类细胞中特异性表达 细胞所特有的 卵清蛋白基因
胰岛素基因
结论：细胞分化的本质就是基因的选择性表达
三、表观遗传
柳穿鱼的花
表现出不同毛色的Axya小鼠
阅读课本讨论下列问题：
1、上述资料中，柳穿鱼和小鼠性状改变的原因是什么？
柳穿鱼和小鼠性状改变的原因是相关基因被不同程度地甲基化而影响了其表达。
2、分析资料1，F1的花为什么与植株A的相似？在F2中，为什么有些植株的花与植株B的相似？
因为F1中有1对Lcyc基因，只有1个Lcyc基因被甲基化影响了表达，而另一个可以正常表达。而在F2中，因为基因的分离出现了2个Lcyc基因均被甲基化的个体。
针对特定的生物学现象，进行观察、提问,体现了科学探究的核心素养。
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？
两资料展示的遗传现象均与基因的甲基化有关。相同的基因不同的甲基化程度可表现出不同的性状。这说明了调控基因的表达水平会直接影响到生物的性状。
分析上述两个实例，生物体的碱基序列没有发生变化，但甲基化修饰抑制基因的表达，从而影响生物体的表型，并且可遗传给后代。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。如蜂王与工蜂。
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遗传的性状改变。
人的身高是由多个基因决定的。后天的营养和锻炼也很重要。
生物体性状的多基因因素
基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，这种相互作用形成了一个错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。
【例2】脊椎动物的一些基因活性与其周围特定胞嘧啶的甲基化有关，甲 基化使基因失活，相应的非甲基化能活化基因的表达，以下推测正确的是
(　　)
A．肝细胞和胰岛B细胞的呼吸酶基因均处于甲基化状态
B．肝细胞和胰岛B细胞的胰岛素基因均处于非甲基化状态
C．肝细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于非甲基化状态
D．胰岛B细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于非甲基化状态
D
分析题意可知，相应的非甲基化能活化基因的表达，肝细胞和胰岛B细胞中均存在呼吸酶，表明呼吸酶基因均处于非甲基化状态，肝细胞的胰岛素基因处于甲基化状态，胰岛B细胞的胰岛素基因处于非甲基化状态。
遗传学家曾做过这样的实验：长翅果蝇幼虫正常的培养温度为25℃，将孵化后4～7d的长翅果蝇幼虫在35～37℃处理6～24h后，得到了某些残翅果蝇，这些残翅果蝇在正常环境温度下产生的后代仍然是长翅果蝇。
技能训练
长翅果蝇
残翅果蝇
请针对出现残翅
果蝇的原因提出假设，
并进行解释。
这个实验说明
基因与性状的关
系是怎样的？
温度→ 酶的活性→代谢→翅的发育
假设：翅的发育需要经过酶催化的反应，而酶是在基因指导下合成的，酶的活性受温度、pH等条件影响。
结论：基因控制生物体的性状，而性状的形成同时还受到环境的影响。
性状＝
基因
＋
外界环境
▲ 性状的形成往往是内因（基因）与外因（环境因素等）相互作用的结果。
基于生物学事实和证据运用演绎与推理，体现了科学思维的核心素养。
基因
表达
控制方式
关系
实质
基因种类
不变
改变
基因表达
表型
蛋白质结构
酶的合成
不是简单的一对一关系
基因的选择性表达
特异性表达
都表达
碱基序列
生物
性状
产物
细胞
分化
影响
影响
影
响
影响
决定
表观
遗传
影响
【课堂小结】
1.下列关于基因与性状的关系的叙述，正确的是(　　)
A．基因与性状之间是一一对应的关系
B．基因控制性状是通过控制蛋白质的合成来实现的
C．基因结构的改变一定会导致生物性状的改变
D．生物体的性状完全由基因来决定
B
一般情况下，一个基因控制一个性状，有时一个性状受多个基因的控制，一个基因也可能影响多个性状；基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状，或控制酶的合成间接控制生物体的性状；由于密码子具有简并性，所以基因结构的改变不一定会导致生物性状的改变；生物性状是基因与环境共同作用的结果。
【随堂训练】
2.下图为DNA与性状表现关系的示意图。下列有关说法错误的是(　　)
A.①过程以DNA的一条链为模板、4种核糖核苷酸为原料合成RNA
B.若该DNA上的碱基序列发生了改变,形成的蛋白质不一定会改变
C.③过程中需要多种tRNA,tRNA不同,所搬运的氨基酸也不相同
D.人的囊性纤维化是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状的实例
C
3.真核生物细胞内存在着种类繁多、长度为21～23个核苷酸的小分子RNA(简称miRNA)，它们能与相关基因转录形成的mRNA互补，形成局部双链。这些miRNA抑制基因表达的机制是(　　)
A.阻断rRNA装配成核糖体 B.妨碍双链DNA分子的解旋
C.干扰核糖体与mRNA结合 D.影响RNA分子的远距离转运
C
根据题意，miRNA与rRNA装配成核糖体无关；miRNA并没有与双链DNA分子互补，故不会妨碍双链DNA分子的解旋； miRNA是与相关基因转录出来的mRNA互补，则mRNA就无法与核糖体结合；miRNA只是阻止了mRNA发挥作用，不会影响RNA分子的远距离转运。
4．美国德克萨斯州科学家宣布已经培育出世界上第一只克隆猫。这只名为CC的小猫毛色花白，看上去完全不像生养它的花斑猫妈妈，也不完全像为它提供细胞核基因的妈妈。对该克隆猫毛色的解释合理的是（ ）
（1）发生了基因重组所造成的结果
（2）提供卵细胞的雌猫细胞质基因表达的结果
（3）表型是基因型与环境共同作用的结果
（4）生养它的花斑猫妈妈的基因表达的结果
A.（1） B.（2）（3）
C.（2）（3）（4） D.（1）（2）（3）（4）
B