4.2 基因的表达与性状的关系 教案

第四章 基因的表达
第2节 基因表达和性状的关系
（一）教学目标
1、通过从基因表达的角度分析皱粒豌豆与圆粒豌豆、白化病和囊性纤维化，掌握基因通过基因表达产物来控制生物性状的两种方式。
2、通过对柳穿鱼花的形态结构与小鼠毛色的遗传的分析，了解表观遗传现象，理解表观遗传的主要特点。
（二）教学重难点
1、教学重点
（1）基因表达产物与性状的关系、基因与性状的关系。
（2）基因的选择性表达与细胞分化。
2、教学难点
（1）基因表达产物与性状的关系、基因与性状的关系。
（2）表观遗传
（三）教学过程
一、创设情境、导入新课
PPT展示水毛茛的图片，同一株水毛茛水上的叶片和水中的叶片。叶片的形状差距巨大
思考
水毛茛裸露在空气中的叶，与浸在水中的叶的基因型是否相同？叶形不同的原因是什么？
相同；水中的氧含量低于空气中的氧气量，环境影响了基因的表达。
基因，蛋白质和性状有怎样的关系？
基因指导蛋白质的合成，基因控制生物的性状蛋白质是生命活动的主要承担者。
二、基因与表达产物的关系（一）
1、实例1：圆粒豌豆和皱粒豌豆
（1）圆粒豌豆：编码淀粉分支酶的基因正常，淀粉分支酶活性正常，淀粉分支酶促进淀粉的合成，这样，当豌豆成熟时，淀粉含量高的豌豆具有保留水分的作用，当豌豆成熟时，淀粉含量高的豌豆能有效地保留水分，十分饱满。
（2）皱粒豌豆：皱粒豌豆的DNA中插人了一段外来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，活性大大降低，进而使细胞内淀粉含量降低。当豌豆成熟时，淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩
实例2：白化病
（1）白化病患者体内缺乏黑色素，全身皮肤呈乳白或粉红色，毛发为白或淡黄色（图1)。由于缺乏黑色素的保护，患者皮肤对光线高度敏感，日晒后易发生晒斑和各种光感性皮炎，并可发生基底细胞癌或鳞状细胞癌。白化病的患病原因是患者体内的酪氨酸酶缺乏或功能减退，使得黑色素不能正常合成。
通过上述两个实例证明：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。
三、基因与表达产物的关系（二）
导入：基因通过转录翻译形成蛋白质，蛋白质除了有催化作用外，还具有结构蛋白、转运等功能。那么基因还能怎样控制生物性状呢？
实例1：囊性纤维化
囊性纤维化是北美白种人常见的一种遗传病，每1800个人中就有一个患者，每25个人中就有一个致病基因携带者。该病的病因是基因的碱基序列缺失了3个碱基，使得所编码的氯离子载体蛋白中少了一个氨基酸，导致细胞对氯离子的转运发生异常，造成黏液分泌过多，堵塞呼吸道，诱发感染。
实例2：镰刀型细胞贫血症
镰状细胞贫血也叫镰刀型细胞贫血症。是一种遗传病。正常人的红细胞是中央微凹的圆饼状。镰状细胞贫血患者的红细胞却是弯曲的镰刀状这样的红细胞不仅运输氧气的能力降低，而且极易破裂，使人患溶血性贫血，严重时会导致死亡。
通过上述两个实例证明：基因通过控制蛋白质的结构，直接控制生物体的性状。
四、基因的选择性表达和细胞分化
1、[资料]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。
从上述资料分析可以得出：
1. 同一生物体不同类型的细胞或不同发育阶段的细胞都含有相同的DNA，但并非所有的基因都表达。
2. 基因表达的产物不仅决定细胞的形态结构，而且决定细胞的生理功能。
3. 细胞中的全部基因只是为生物体提供了生命活动的蓝图，不同细胞在特定时空发生着基因的选择性表达。
4. 细胞分化的本质就是基因选择性表达。
五、表观遗传
导入：在经典遗传学中，基因的序列才能决定遗传。然而，越来越多的证据告诉我们，即使基因序列不变，后代的性状也可能会因父母的习惯而改变。
研究表明：大吃大喝的祖辈带来患糖尿病概率高的孩子；抽烟的父亲拥有体重超标概率高的孩子；是这些孩子的基因改变了吗？不是，另一种遗传学，正在向我们解释这些现象，形成我们不得不正视的遗传新领域——表观遗传学。
实例1：柳穿鱼花
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。
实例2：不同毛色的小鼠
将纯种黄色体毛的小鼠与纯种黑色体毛的小鼠杂交，子一代小鼠的基因型都是Avya,却表现出不同的毛色：介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型。Avy基因的前端具有多个可发生DNA甲基化修饰的位点。当这些位点没有甲基化时，Avy基因正常表达，小鼠表现为黄色；当这些位点甲基化后，Avy基因的表达就受到抑制。这段碱基序列的甲基化程度越高，Avy基因的表达受到的抑制越明显，小鼠体毛的颜色就越深。
3、表观遗传
(1)定义:生物体基因的碱基序列保持不变,但基因表达和表型发生回可遗传变化的现象,叫作表观遗传。
(2)存在时期:表观遗传现象普遍存在于生物体的团生长、发育和衰老 的整个生命活动过程
(3) 产生原因：环境诱发基因甲基化
(4)实例:同卵双胞胎的微小差异;蜂王与工蜂在形态、结构、生理和行为上的不同。
六、基因与性状的关系：
①一个基因 → 一个性状
②多个基因 → 一个性状
例如： 人的身高是由多个基因决定的。
③一个基因 → 多个性状
例如： 水稻Ghd7基因编码的蛋白质不仅参与开花的调控，而且对水稻的生长、发育和产量都有重要作用。
七、生物性状与环境的关系
实例1：遗传学家曾做过这样的实验:果蝇幼虫正常的培养温度为25℃，将刚孵化的残翅果蝇幼虫放在31℃的环境中培养，得到了一些翅长接近正常的果蝇成虫，这些翅长接近正常的果蝇在正常环境温度下产生的后代仍然是残翅果蝇。
结论：生物体的性状不完全由基因决定，还受环境影响。
八、基因与性状的关系
基因与基因、基因与基因产物、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而又繁而有序的网络，精细地调控着生物体的性状。