新人教必修2课后习题
3.2 基因表达与性状的关系
一、选择题
1.囊性纤维化的实例可以说明( )
A.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
B.DNA中的某个碱基发生改变,生物体合成的蛋白质必然改变
C.基因通过控制酶的合成直接控制生物体的性状
D.基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状
答案:D
解析:在大约70%的囊性纤维化患者中,编码CFTR蛋白的基因缺失了3个碱基,导致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸,其空间结构发生变化,使CFTR转运氯离子的功能出现异常,导致患病。该实例说明基因能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
2.下图为脉孢霉体内精氨酸的合成途径示意图。下列相关叙述正确的是( )
A.精氨酸的合成只受一对基因的控制
B.基因可通过控制酶的合成来控制代谢过程
C.若基因②不表达,则基因③和④也不表达
D.四个基因位于同一条染色体上
答案:B
3.下列关于细胞分化的叙述,正确的是( )
A.老年人体内没有细胞分化
B.细胞分化的方向是可逆转的
C.细胞分化使细胞功能趋向专门化
D.细胞分化增加了细胞的数量和种类
答案:C
解析:老年人体内也有细胞分化,A项错误。细胞分化的方向不可逆转,B项错误。细胞分化使细胞功能趋向专门化,如胰岛B细胞可以分泌胰岛素,C项正确。细胞分化增加了细胞的种类,未增加细胞的数量,D项错误。
4.下列不属于在人体所有活细胞内都表达的基因的是( )
A.核糖体蛋白基因 B.ATP合成酶基因
C.呼吸酶基因 D.卵清蛋白基因
答案:D
解析:卵清蛋白基因是某类细胞中特异性表达的基因。
5.下列有关表观遗传的叙述,错误的是( )
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
答案:C
解析:生物表观遗传是指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。
6.下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。已知柳穿鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。下列说法错误的是( )
A.两株柳穿鱼体内的Lcyc基因的序列相同
B.柳穿鱼的叶肉细胞内不存在Lcyc基因
C.植株B的Lcyc基因不表达的原因是它被高度甲基化了
D.两植株杂交,F2中有少部分植株的花与植株B的相似
答案:B
解析:柳穿鱼的所有细胞内都有Lcyc基因。
7.豌豆的某突变体中编码淀粉分支酶的基因(R)被插入的DNA序列打乱,导致淀粉分支酶不能合成,无法催化蔗糖合成淀粉,造成种子中积累较多的蔗糖,因而表现为甜和皱缩的新性状。上述实例说明( )
A.一个基因可以影响多个性状
B.一个性状可以受多个基因的影响
C.性状是基因和环境共同作用的结果
D.基因和性状之间是一一对应的关系
答案:A
8.下列关于基因、蛋白质与性状之间关系的叙述,错误的是( )
A.基因可以控制性状
B.蛋白质的结构可以直接影响性状
C.基因控制性状是通过控制蛋白质的合成来实现的
D.蛋白质可以控制性状
答案:D
解析:生物体的形态、结构和生理等方面的性状主要由蛋白质体现,蛋白质合成又受基因控制,所以生物体的性状是由基因控制的。
二、非选择题
9.下图是人体三种细胞内的部分基因及它们的活动状态,据图回答下列问题。
(1)上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必需的一类基因)的是 ,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一类基因)的是 。(填字母)
(2)这三种细胞“血红蛋白基因”均 (填“能”或“不能”)表达,所以这三种细胞不包括 。
(3)下列①~④能说明某细胞已经发生分化的是 。
①进行ATP的合成 ②进行mRNA的合成 ③可合成抗体 ④存在纤维蛋白原基因
答案:(1)a bcd (2)不能 红细胞 (3)③
10.下图为基因与性状的关系示意图,据图回答下列问题。
(1)通过①过程合成mRNA,在遗传学上称为 。
(2)在真核细胞的细胞核中,①过程形成的mRNA 通过 进入细胞质中,与 结合在一起指导蛋白质的生物合成。
(3)②过程称为 ,需要的物质和结构有 。
(4)在玉米的叶肉细胞中,能够进行①过程的细胞结构有 、 、 。
(5)基因对性状的控制是通过控制蛋白质的合成实现的。白化病是由缺乏合成黑色素的酶导致的,这属于基因对性状的 (填“直接”或“间接”)控制。
(6)从图中可以分析得知,生物的性状具有多样性的直接原因是 ,根本原因是 。
答案:(1)转录
(2)核孔 核糖体
(3)翻译 mRNA、氨基酸、tRNA、酶、ATP、核糖体
(4)细胞核 叶绿体 线粒体
(5)间接
(6)蛋白质具有多样性 DNA具有多样性
等级考素养提升
一、选择题
1.下列关于基因对性状控制的叙述,错误的是( )
A.白化病患者缺乏酪氨酸酶,体现了基因通过控制酶的合成间接控制生物体的性状
B.同一株水毛茛在空气和水中的叶形不同,体现了性状由基因和环境共同决定
C.原发性高血压与多对基因表达产物有关,体现了基因与基因共同作用控制性状
D.抗生素阻止细菌内tRNA和mRNA的结合,体现了抗生素通过影响转录而影响性状
答案:D
解析:白化病患者体内缺乏酪氨酸酶,影响了黑色素的合成,进而导致性状发生改变,体现了基因通过控制酶的合成间接控制生物体的性状,A项正确。同一株水毛茛细胞内的遗传物质相同,但是在空气和水中的叶形不同,体现了性状由基因和环境共同决定,B项正确。原发性高血压与多对基因表达产物有关,体现了基因与基因共同作用控制性状,C项正确。抗生素阻止细菌内tRNA 和mRNA的结合,体现了抗生素通过影响翻译的过程而影响性状,D项错误。
2.酶A、B、C是大肠杆菌的三种酶,每种酶只能催化下列反应链中的一个步骤,其中任意一种酶的缺失均能导致该菌因缺少化合物丁而不能在基本培养基上生长。
化合物甲化合物乙化合物丙化合物丁
现有三种营养缺陷型突变体,在添加不同化合物的基本培养基上的生长情况如下表所示。
突变体 添加物 突变体a (酶A缺陷) 突变体b (酶B缺陷) 突变体c (酶C缺陷)
化合物乙 不生长 不生长 生长
化合物丙 不生长 生长 生长
根据上表可知,酶A、B、C在该反应链中的作用顺序依次是( )
A.酶A、酶B、酶C
B.酶C、酶A、酶B
C.酶B、酶C、酶A
D.酶C、酶B、酶A
答案:D
解析:突变体a缺乏酶A,在基本培养基上添加化合物乙和丙均不能生长,说明酶A催化丙转化为丁的过程;突变体b缺乏酶B,在基本培养基上添加化合物乙不能生长,添加丙能生长,说明酶B催化乙转化为丙的过程;突变体c缺乏酶C,在基本培养基上添加化合物乙和丙均能生长,说明酶C催化甲转化为乙的过程。所以酶A、B、C在该反应链中的作用顺序依次是酶C、酶B、酶A,D项正确。
3.(不定项选择题)鸡的输卵管细胞能合成卵清蛋白,红细胞能合成珠蛋白,胰岛细胞能合成胰岛素。用编码上述蛋白质的基因分别作探针(基因探针,即核酸探针,是一段带有检测标记且碱基序列已知的,与特定核苷酸序列互补的核酸序列),对从3种细胞中提取的总DNA(用相关酶切成片段)进行杂交实验。用同样的3种基因片段作探针,对从上述3种细胞中提取的总RNA进行杂交实验。实验结果如下表。下列叙述正确的是( )
细胞总DNA 细胞总RNA
输卵管 细胞 红细 胞 胰岛 细胞 输卵管 细胞 红细 胞 胰岛 细胞
卵清蛋 白基因 + + + + - -
珠蛋白 基因 + + + - + -
胰岛素 基因 + + + - - +
注“+”表示杂交过程中有杂合双链;“-”表示杂交过程中无杂合双链。
A.胰岛细胞中只有胰岛素基因
B.上述3种细胞的分化是由细胞在发育过程中某些基因丢失所致
C.红细胞在成熟过程中选择性地表达了珠蛋白基因
D.在输卵管细胞中有珠蛋白基因和胰岛素基因
答案:CD
解析:鸡的胰岛细胞、输卵管细胞和红细胞都来自受精卵,细胞中的核基因相同。细胞的分化是基因选择性表达的结果,如红细胞中选择性地表达了珠蛋白基因,而在另外2种细胞中珠蛋白基因没有表达。
4.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出来的mRNA互补,形成局部双链,从而导致基因不能表达,这属于表观遗传。由此可以推断,miRNA抑制基因表达的分子机制是( )
A.阻断rRNA装配成核糖体
B.妨碍双链DNA分子的解旋
C.干扰tRNA识别密码子
D.影响RNA分子的远距离转运
答案:C
解析:由题干可知,miRNA能与相关基因转录出来的mRNA互补,说明miRNA能识别mRNA上的密码子并与之配对。而正常状态下,与mRNA上密码子配对的是tRNA上的反密码子。由此可以推断出miRNA通过干扰tRNA识别密码子来抑制基因表达。
5.下图为人体内基因对性状的控制过程,分析可知( )
A.基因1和基因2一般不会出现在人体内的同一个体细胞中
B.图中①过程需RNA聚合酶的催化,②过程需tRNA的协助
C.④⑤过程的结果存在差异的根本原因是血红蛋白结构的不同
D.过程①②③表明基因通过控制酶的合成来控制生物体的所有性状
答案:B
解析:同一个体的体细胞内所含基因一般都相同,因为体细胞都是由受精卵经有丝分裂产生的;④⑤过程的结果存在差异的根本原因是遗传信息不同,直接原因是血红蛋白结构不同;过程①②③表明基因能通过控制酶的合成控制生物体的代谢,进而控制生物体的性状,但不能说明控制的是所有性状。
6.着色性干皮症是一种常染色体隐性遗传病,起因于DNA损伤。深入研究发现患者体内缺乏DNA修复酶,DNA损伤后不能修复,从而引起突变。这说明一些基因( )
A.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
B.通过控制蛋白质的结构,从而直接控制生物体的性状
C.通过控制酶的合成,从而直接控制生物体的性状
D.可以直接控制生物体的性状,发生突变后生物的性状随之改变
答案:A
解析:基因控制生物体的性状有两种方式:一是通过控制蛋白质(非酶)的结构,从而直接控制生物体的性状;二是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。患者体内由于缺乏DNA修复酶,从而引起突变,导致性状发生改变。
二、非选择题
7.下图为人体某致病基因控制异常蛋白质合成过程的示意图。据图回答下列问题。
(1)图中过程①是 ,此过程既需要 作为原料,还需要 进行催化。
(2)图中所示的基因控制性状的方式是 ;
若图中异常肽链中有一段氨基酸序列为“—丝氨酸—谷氨酸—”,携带丝氨酸和谷氨酸的tRNA上的反密码子分别为AGA、CUU,则物质a中模板链的碱基序列为 。
(3)致病基因与正常基因是一对 ;在细胞中由少量的物质b就可以短时间内合成许多相同的蛋白质,其主要原因是 。
答案:(1)转录 核糖核苷酸 RNA聚合酶
(2)基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 —AGACTT—
(3)等位基因 一个mRNA分子可相继结合多个核糖体,同时合成多条肽链
解析:(1)过程①是以致病基因的一条链为模板合成mRNA的过程,属于转录。转录所需要的原料是核糖核苷酸,合成RNA需要RNA聚合酶的催化。(2)图中表示致病基因指导异常蛋白质的合成,从而导致患病,这体现了基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。根据两个反密码子AGA、CUU可以推知mRNA上相应的两个密码子为UCU、GAA,则DNA中模板链的碱基序列为—AGACTT—。(3)致病基因是由正常基因发生突变形成的,二者互为等位基因。一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体,能相继合成多条肽链,从而提高翻译的效率。
8.果蝇的长翅(A)对残翅(a)为显性。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4~7 d的长翅果蝇放在35~37 ℃的环境中处理6~24 h后,得到了一些残翅果蝇,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。请回答下列问题。
(1)翅的发育需要经过酶催化的反应,据此你对上述实验现象进行的解释是 。
(2)这个实验说明影响表型的因素是 。
(3)现有一只残翅雄果蝇,请你设计一个简单可行的方案来确定它的基因型。
①该实验的方案: 。
②预期实验结果和结论:
a.若 ,则该果蝇的基因型为aa;
b.若后代均为长翅,则该果蝇的基因型为 ;
c.若后代有长翅,也有残翅,则该果蝇的基因型为 。
答案:(1)温度影响与翅发育有关的酶的合成和活性,但不改变其遗传组成
(2)基因型、环境因素
(3)让该只残翅雄果蝇与多只在正常温度环境中生长的残翅雌果蝇交配,孵化的幼虫在正常的温度环境中培养,观察后代的表现 后代均为残翅 AA Aa
解析:(1)由题干可知,温度影响果蝇翅的形成,但并未改变其遗传组成,说明温度只影响了与翅发育有关的酶的合成和活性。(2)生物的表型受基因型的控制,也受环境因素的影响。(3)这只残翅雄果蝇的基因型可能为AA、Aa、aa。让这只雄果蝇与多只在正常温度环境中生长的残翅雌果蝇交配,后代也在正常温度环境中生长。若后代均为残翅,则该果蝇的基因型为aa;若后代均为长翅,则该果蝇的基因型为AA;若后代有长翅,也有残翅,则该果蝇的基因型为Aa。(共62张PPT)
第2节 基因表达与性状的关系
2019版高中生物
同步学案
目标素养
1.通过实例分析,明确基因控制性状的两种方式,归纳基因、蛋白质与性状的关系
2.认同细胞分化的实质是基因的选择性表达;理解基因的选择性表达是由于细胞有调控基因表达的机制
3.分析案例,认识DNA甲基化等因素导致基因在碱基序列不变的情况下,表达情况发生可遗传的变化
4.通过了解基因与性状之间关系的复杂性,认同生物学中因果关系的复杂性;尝试对复杂事物进行多角度、多因素的分析
知识概览
一、基因表达产物与性状的关系
1.基因对生物性状的间接控制
(1)实质: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 。
(2)实例。
下图为豌豆的圆粒和皱粒的形成机理图解。图中豌豆为圆粒或皱粒与哪种基因和酶有关 为什么相关基因异常则为皱粒
提示:豌豆为圆粒或皱粒与豌豆的淀粉分支酶基因及其表达的产物——淀粉分支酶有关。如果淀粉分支酶基因异常,则合成的淀粉分支酶异常,活性大大降低,导致淀粉合成受阻,含量降低。淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩,表现为皱粒。
2.基因对生物性状的直接控制
(1)实质:基因通过控制 蛋白质的结构 直接控制生物体的性状。
(2)实例。
二、基因的选择性表达与细胞分化
1.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。
2.表达的基因的类型:一类是在 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需的,如 核糖体蛋白基因 、ATP合成酶基因;另一类是只在某类细胞中特异性表达的基因,如 卵清蛋白基因 、胰岛素基因。
3.细胞分化的本质是 基因的选择性表达 。基因的选择性表达与 基因表达的调控 有关。
三、表观遗传
1.表观遗传: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。如柳穿鱼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。
2.表观遗传现象:普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中。例如,基因组成相同的同卵双胞胎所具有的微小差异就与 表观遗传 有关;一个蜂群中,蜂王和工蜂都是由受精卵发育而来的,但它们在形态、结构、生理和行为等方面截然不同,表观遗传也在其中发挥了重要作用。
3.表观遗传类型: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。
4.吸烟与人体健康的关系
吸烟会使人的体细胞内DNA的 甲基化 水平升高,对染色体上的组蛋白也会产生影响。
四、基因与性状的关系
1.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。
2.在大多数情况下,基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系。
(1)一个性状可以受到多个基因的影响。例如,人的身高是由 多 个基因决定的,其中每个基因对身高都有一定的作用。
(2)一个基因也可以影响多个性状。例如,我国科学家研究发现水稻中的Ghd7基因编码的蛋白质不仅参与了 开花 的调控,而且对水稻的 生长 、 发育 和产量都有重要作用。
(3)生物体的性状不完全是由基因决定的, 环境 对性状也有着重要影响。
一 基因表达产物与性状的关系
重难归纳
1.基因控制性状的方式
2.基因与性状的关系中的注意点
牵牛花的颜色主要是由花青素决定的,下图为花青素的合成与颜色变化途径示意图,请回答下列问题。
(1)图中反映了基因控制生物体性状的哪条途径 除此之外,另一条途径是什么
提示:图中反映的途径是基因可以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。另一条途径是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
(2)牵牛花的颜色只由一对基因控制吗
提示:不是。牵牛花的颜色由多对基因共同控制。
(3)牵牛花的颜色还与细胞中的pH有关,这说明什么
提示:生物体的性状也受环境影响。
(4)牵牛花的叶肉细胞中是否也含有基因①②③ 也能全部表达吗
提示:牵牛花的叶肉细胞中也含有基因①②③,但是由于细胞分化,基因进行选择性表达,这3个基因不一定能够全部表达。
典例剖析
下图为豌豆种子圆粒性状的产生机制。据图判断,下列叙述错误的是( )
A.图中显示了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
B.当编码淀粉分支酶的基因被打乱时,细胞内淀粉的含量会上升
C.皱粒种子中蔗糖含量相对较高,味道更甜美
D.图中①②过程中碱基互补配对的方式有差异
答案:B
解析:图中显示了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,A项正确。当编码淀粉分支酶的基因被打乱时,会导致淀粉分支酶异常,活性大大降低,从而使淀粉的含量下降,B项错误。皱粒种子中淀粉含量相对较低,而蔗糖含量相对较高,种子的甜度增加,C项正确。图中①②过程分别为转录和翻译,都会发生碱基互补配对,其中转录过程中有T和A配对,而翻译过程中没有,D项正确。
学以致用
1.牵牛花的颜色主要是由
花青素决定的,下图为花青
素的合成途径及牵牛花的颜色变化示意图。
从图中不能得出( )
A.花的颜色由多对基因共同控制
B.基因可以通过控制酶的合成来控制代谢过程
C.牵牛花颜色的表现受到相关酶的控制
D.若基因①不表达,则基因②和基因③也不表达
答案:D
解析:基因具有独立性,基因①不表达,基因②和基因③仍然能够表达。
2.下列有关基因与性状关系的叙述,正确的是( )
A.基因与性状之间是一一对应的关系
B.基因都通过控制蛋白质的结构直接控制性状
C.染色体上的基因控制生物性状不受环境影响
D.不同基因之间相互作用,精细调控生物性状
答案:D
解析:基因与性状之间并不是简单的一一对应的关系,有些性状是由多个基因共同决定的,有的基因可决定或影响多种性状,A项错误。有的基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物性状,B项错误。生物的性状是基因与环境共同作用的结果,C项错误。
二 基因的选择性表达与细胞分化
重难归纳
1.细胞分化的实质
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.细胞分化的标志
(1)分子水平:合成了某种细胞特有的蛋白质,如唾液淀粉酶、胰岛素等。
(2)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较大差异。
3.细胞分化的“变”与“不变”
(1)变:mRNA、蛋白质的种类,细胞的形态、结构和功能。
(2)不变:DNA、tRNA、rRNA的种类,细胞的数目。
1.结合教科书第72页“思考·讨论”提供的资料,回答下列问题。
(1)资料中所给3种细胞合成的蛋白质种类有什么差别
提示:鸡的输卵管细胞能合成卵清蛋白,红细胞能合成珠蛋白,胰岛细胞能合成胰岛素。
(2)3种细胞的DNA中都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因、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
提示:不同的细胞选择性表达了不同的基因。
2.同一生物体内不同类型的细胞,核基因一般都是相同的,而形态、结构和功能却各不相同,这是为什么呢
提示:基因的选择性表达。
典例剖析
下列数据是人体部分器官中所表达基因的估计数,有关叙述错误的是( )
A.人体各器官表达的基因数目有差异是细胞内基因选择性表达的结果
B.血细胞所表达的基因的数目最多,说明其遗传物质相对含量较高
C.人体各器官基因表达数目有差异,说明细胞中所含蛋白质有差异
D.不同功能的细胞表达的基因不相同,这是与其不同功能相适应的
答案:B
解析:同一个体不同的体细胞所含的基因相同,但表达的基因不同,B项错误。
学以致用
1.同一生物体内的不同组织细胞之间,不同的是( )
A.染色体上的基因
B.细胞质中的tRNA
C.遗传密码的种类
D.细胞质中的mRNA
答案:D
解析:同一生物体内的不同组织细胞中选择性表达的基因不同,因此细胞质中的mRNA不同。
2.人的胰岛细胞能产生胰岛素,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.比人受精卵基因要少
C.有胰岛素基因和其他基因,但没有血红蛋白基因
D.既有胰岛素基因,也有血红蛋白基因和其他基因
答案:D
解析:胰岛细胞含有该个体全部的基因,A项错误。胰岛细胞是由受精卵经有丝分裂而来的,所含的基因与受精卵相同,B项错误。胰岛细胞除了含有胰岛素基因,还有血红蛋白基因和其他基因,C项错误,D项正确。
三 表观遗传、基因表达与性状的关系
重难归纳
1.表观遗传
(1)表观遗传的特点。
①可遗传,即这类改变通过有丝分裂或减数分裂,能在细胞或个体世代间遗传。
②可逆性的基因表达。
③没有DNA碱基序列的改变。
(2)表观遗传对基因表达的调控。
①生物遗传信息的表达正确与否,既受控于DNA序列又受制于表观遗传,表观遗传主要通过DNA修饰、蛋白质修饰与非编码RNA的调控3个层面调控基因表达。
②DNA甲基化:DNA甲基化是最早被发现,也是研究最深入的表观遗传调控机制之一。甲基化是指生物分子在特定的酶系统催化下加上甲基(—CH3)的生物化学反应,是普遍存在于原核生物和真核生物中的DNA修饰作用。甲基化没有改变基因的序列,但对基因表达起调控作用。在哺乳动物DNA分子中,甲基化一般发生在胞嘧啶(C)上。
(3)对表观遗传的理解。
①不变:生物体基因的碱基序列保持不变。
②变:基因表达和表型发生可遗传变化。
2.基因与性状的关系
(4)生物的性状还受环境条件的影响,生物的性状是基因型和环境条件共同作用的结果。如水毛茛,其裸露于空气中的叶为扁平状,而浸在水中的叶却为丝状。
1.结合教科书第73页“思考·讨论”提供的资料,回答下列问题。
(1)资料1中,柳穿鱼植株A和植株B体内的Lcyc基因的碱基序列是否相同 为什么植株A、B的花的形态结构出现差异
提示:柳穿鱼植株A和植株B体内的Lcyc基因的碱基序列是相同的。植株B体内的Lcyc基因被高度甲基化,从而被抑制表达。
(2)资料2中,F1小鼠的基因型是Avya,小鼠毛色为什么不是黄色而是表现出介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型
提示:因为小鼠的Avy基因的前端有多个可发生DNA甲基化修饰的位点,当这些位点甲基化后,Avy基因的表达就受到抑制,并且甲基化程度越高,受到的抑制越明显,小鼠的毛色越深。
2.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。水中的叶比空气中的叶要细小狭长一些。水毛茛两种形态的叶,其细胞的基因组成一样吗 叶形的差异是不是表观遗传的结果 最可能是由什么因素引起的
提示:水毛茛两种形态的叶,其细胞的基因组成是相同的,叶形的差异不是表观遗传的结果,因为同一株植株出现不同的叶形。最可能是环境因素导致的。
典例剖析
许多基因的启动子(转录起始位点)内富含CG重复序列,若其中的部分胞嘧啶(C)被甲基化成为5-甲基胞嘧啶,就会抑制基因的转录。下列与之相关的叙述,正确的是( )
A.在一条单链上相邻的C和G之间通过氢键连接
B.胞嘧啶甲基化导致表达的蛋白质结构改变
C.胞嘧啶甲基化会阻碍RNA聚合酶与启动子结合
D.基因的表达水平与基因的甲基化程度无关
答案:C
解析:在一条脱氧核苷酸单链上相邻的C和G之间不是通过氢键连接的,而是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接的,A项错误。胞嘧啶甲基化导致表达过程中基因转录被抑制,对已经表达的蛋白质结构没有影响,B项错误。根据题意,胞嘧啶甲基化会抑制基因的转录,可推知,抑制的实质就是阻碍RNA聚合酶与启动子结合,C项正确。由于基因的表达水平与基因的转录有关,所以与基因的甲基化程度有关,D项错误。
学以致用
1.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。下列相关叙述错误的是( )
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的性状
D.DNA甲基化可能会影响细胞分化
答案:A
解析:DNA甲基化是指DNA的胞嘧啶被选择性地添加甲基,这不会导致基因碱基序列的改变。
2.下列关于基因与性状之间关系的叙述,错误的是( )
A.水毛茛叶子形态的差异是基因与环境共同作用的结果
B.人的身高由多对基因控制,并受后天营养和体育锻炼的影响
C.水稻中的Ghd7基因对开花、产量等多个性状均有影响
D.生物体的每一种性状都有一个特定的基因控制
答案:D
1.下列属于基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体性状的是( )
A.白化病 B.苯丙酮尿症
C.囊性纤维化 D.豌豆粒形
答案:C
解析:白化病、苯丙酮尿症、豌豆粒形都说明了基因可通过控制酶的合成来控制代谢,进而控制生物体的性状,故A、B、D三项不符合题意。
2.基因控制性状是通过( )
A.DNA的自我复制
B.控制蛋白质的结构直接控制性状
C.控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体的性状
D.B、C都是
答案:D
解析:基因对性状的控制途径有两条:一是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状;二是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。
3.细胞分化是基因选择性表达的结果。下列属于选择性表达的基因的是( )
A.血红蛋白基因
B.ATP合成酶基因
C.解旋酶基因
D.核糖体蛋白基因
答案:A
解析:B、C、D三项是所有活细胞中都表达的基因,而A项血红蛋白基因是分化后的红细胞才表达的基因。
4.皱粒豌豆形成的机制是( )
A.DNA甲基化
B.组蛋白甲基化
C.组蛋白乙酰化
D.相关基因的碱基序列改变
答案:D
解析:豌豆的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,导致淀粉分支酶出现异常而出现皱粒豌豆。
5.下列关于同一人体内的神经细胞、白细胞和小肠上皮细胞的叙述,正确的是( )
A.因为来自同一人体,所以这3类细胞中DNA、蛋白质的种类相同
B.因为这3类细胞细胞核中的基因不同,所以它们的形态、功能不同
C.虽然这3类细胞的大小不同,但细胞中含量最多的化合物相同
D.葡萄糖进入该人体所有细胞的方式相同
答案:C
解析:同一人体中的神经细胞、白细胞和小肠上皮细胞都是由受精卵分裂、分化而来的。这3类细胞细胞核中的基因相同。细胞分化的实质是基因的选择性表达,所以这3类细胞中蛋白质的种类不同,进而导致细胞的形态、功能不同。这3类细胞中含量最多的化合物都是水。葡萄糖进入不同细胞的方式可能不同,为协助扩散或主动运输。
6.下图表示人体内苯丙氨酸的代谢途径。请根据图示回答下列问题。
(1)若在其他条件均正常的情况下,直接缺乏酶 会导致人患白化病。
(2)尿黑酸在人体内积累会使人的尿液中含有尿黑酸,这种尿液暴露于空气中会变成黑色,这种症状称为尿黑酸症。缺乏酶 会使人患尿黑酸症。
(3)导致苯丙酮尿症的直接原因是患者的体细胞中缺少酶 ,致使体内的苯丙氨酸不能沿正常途径转变为酪氨酸,只能转变为苯丙酮酸。
(4)从以上实例可以看出,基因通过控制 来控制 ,进而控制生物体的性状。
答案:(1)⑤
(2)③
(3)①
(4)酶的合成 代谢过程
解析:(1)人体缺乏黑色素而患白化病,酪氨酸合成黑色素需要酶⑤的催化,故缺乏酶⑤会导致人患白化病。(2)由题图可知,酶③可催化尿黑酸生成乙酰乙酸,若在其他条件均正常的情况下,缺乏酶③会使尿黑酸在人体内积累,部分尿黑酸随尿液排出,使人患尿黑酸症。
(3)由题图可知,苯丙氨酸转变为酪氨酸需要酶①的催化,体细胞中缺少酶①,会使体内的苯丙氨酸不能沿正常途径转变为酪氨酸,只能转变为苯丙酮酸,故导致苯丙酮尿症的直接原因是患者的体细胞中缺少酶①。(4)以上实例均显示通过酶的催化作用来控制人体内的苯丙氨酸代谢过程,故可以看出,基因可以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。
