生物人教版2019必修2 4.2基因表达与性状的关系（共36张ppt）

(共36张PPT)
第四章基因的表达
第2节 基因表达与性状的关系
教学目标
目标
01
02
03
结合基因、性状与环境三者关系,理解表观遗传现象并学以致用；通过表观遗传的发现认同科学是不断发展的，人类对自然界的探究永无止境（生命观念、社会责任）
理解并描述基因的选择性表达与细胞分化的关系。（生命观念、科学思维）
通过资料分析.建立基因控制性状的两种模型
(科学探究、科学思维)
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。
浮在水面上的叶子是宽阔的五边形或者手掌形，而沉在水中的叶子则变成了细细的丝状叶。
一样
这两种叶形的差异，可能是由叶片所处的环境因素引起的。
讨论：
1.这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？
2.这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的？
情景材料一：
“橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳，叶徒相
似，其实味不同。所以然者何？水土异也。”
(右图：南橘（上）北枳（下）)
为什么相同的生物在不同的环境中会出现性状差异？
基因、蛋白质、性状三者间究竟存在怎样的联系？
基因
控制
蛋白质
体现
性状
蛋白质是生命活动的主要承担者
怎样控制？
情景材料二：
豌豆的圆粒与皱粒 性状对比：（淀粉在细胞中具有保留水分的作用） 基因对比
一
基因表达产物与性状的关系
合作探究一：请各小组认真阅读课本内容，合作完成表格内容
饱满，能有效保留水分
皱缩，失水
含有编码淀粉分支酶的基因
插入了一段外来DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因。
圆粒豌豆的形成机制
编码淀粉分支酶的基因正常
淀粉分支酶活性正常
淀粉合成正常，含量增加
淀粉含量高，有效保留水分
皱粒豌豆的形成机制
编码淀粉分支酶的基因被打乱
淀粉分支酶异常，活性降低
淀粉合成受阻，含量降低
淀粉含量低的由于失水而皱缩
一
基因表达产物与性状的关系
基因
酶
代谢过程
性状
外来DNA
插入
白化病是由于基因不正常，缺少酪氨酸酶，导致机体不能合成黑色素。毛发白色，皮肤淡红色，畏光。
基因A
mRNA
酪氨酸酶
酪氨酸
中间产物
黑色素
转录
翻译
合成黑色素的代谢途径
人的白化病
一
基因表达产物与性状的关系
情景材料三：
基因通过控制____的合成来控制___________，进而控制生物体的性状。
控制酪氨酸酶的基因异常
酪氨酸不能正常转化为______
________不能正常合成
缺乏黑色素，表现_______
结论一：
酶
代谢过程
间接控制
酪氨酸酶
黑色素
白化病
基因　
酶
代谢
过程
生物性状
控制
控制
控　制
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。
情景材料四：
正常气管
囊性纤维化气管
气流大小
患者支气管中黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量生长繁殖，最终使肺功能严重受损
一
基因表达产物与性状的关系
合作探究二：请各小组认真阅读课本内容，合作完成表格内容
性状对比
基因对比
肺部功能正常
肺部功能严重受损
含有编码CFTR蛋白的基因正常
编码CFTR蛋白的基因缺失了3个碱基
正常
患病
囊性纤维病
合作探究三：请各小组认真阅读课本内容，探讨囊性纤维病致病机理过程。
正常的形成机制
编码CFTR蛋白的基因正常
CFTR蛋白正常
CFTR转运氯离子的功能正常
表现正常
患者的形成机制
编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基
CFTR蛋白异常，缺少苯丙氨酸
CFTR转运氯离子的功能异常
黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染
囊性纤维病致病机理
基因型
蛋白质结构
表现型
一
基因表达产物与性状的关系
编码血红蛋白的
基因中一个碱基对变化
血红蛋白的结构发生变化
红细胞成镰刀型，运输O2能力降低
容易破裂，患溶血性贫血
基因还能通过控制______________来_____控制生物体的性状
结论二：
蛋白质的结构
直接
基因
性状表现
蛋白质结构
一
基因表达产物与性状的关系
情景材料五：
镰状细胞贫血
直接控制
1.间接控制途径
基因通过控制__________来控制___________，进而控制生物体的性状
酶的合成
代谢过程
例如：豌豆的圆粒和皱粒、白化病等
2.直接控制途径
基因还能通过控制_______________来_______控制生物体的性状
蛋白质的结构
直接
例如：囊性纤维病、镰刀型细胞贫血症等
一
基因表达产物与性状的关系归纳总结
合作探究四：基因可以通过控制酶的合成或蛋白质的结构来控制生物体的性状，那为什么来自同一个受精卵的细胞发育过程中细胞在形态、功能等方面有差异呢？
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
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。
二
基因的选择性表达与细胞分化
情景材料六：
合作探究五：
1.这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？
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？
3种细胞中合成的蛋白质都是该细胞中的特异性蛋白质。
在细胞中，并不是所有的基因都表达，基因的表达存在选择性。
二
基因的选择性表达与细胞分化
1. 表达的基因分类
①管家基因
在所有细胞中都表达的基因。
②奢侈基因
只在某类细胞中特异性表达的基因。
（如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因、呼吸酶基因。）
（如卵清蛋白基因、胰岛素基因、血红蛋白基因。）
二
基因的选择性表达与细胞分化
2.细胞分化的实质
　基因的选择性表达与基因表达的调控有关。
——基因的选择性表达。
基因什么时候表达
基因在哪种细胞中表达
基因表达水平的高低
调控基因是否表达
调控基因表达多少
二
基因的选择性表达与细胞分化
合作探究六：表观遗传就是一种非常重要的基因表达调控手段，什么是表观遗传？它调控基因表达的机理是什么呢？
表观遗传视频材料
三
表观遗传
想一想为什么会出现上述现象？
柳穿鱼是一种园林花卉。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。
植株A的Lcyc基因在开花时表达
植株B的Lcyc基因不表达,原因是它被高度甲基化了
F1
F2
植株A
植株B
植株A相似
绝大部分与植株A相似
少部分与植株B相似
柳穿鱼花的形态结构
三
表观遗传
情景材料七：
小鼠毛色的遗传
小鼠性状改变的原因是什么？
黑色体毛
aa
黄色体毛
Avy
Avy
三
表观遗传
Avya
情景材料八：
介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型
5`
3`
Avy基因
特殊碱基序列
在Avy基因的前端有一段特殊的碱基序列决定该基因表达水平，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。
甲基化程度越高，Avy基因表达受到抑制越明显，小鼠颜色越深。
1.概念：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，叫做表观遗传。
2.表观遗传形成的原因
环境
DNA甲基化
诱发
三
表观遗传
合作探究七：情景材料七和八展示的遗传现象有什么共同点？
4.三种常见的调控机制
①DNA甲基化修饰；
*主要抑制转录；
③组蛋白甲基化、乙酰化等；
②非编码RNA干扰（例如miRNA）；
*主要抑制翻译；
3.表观遗传的特点
①可遗传性:即这类改变通过有丝分裂或减数分裂，能在细胞个体间遗传。
②可逆性的基因表达:如甲基化时，可影响基因的表达；去甲基化时，可恢复基因的表达。
③没有DNA碱基序列的改变。
三
表观遗传
同卵双胞胎是一个精子与一个卵细胞结合产生一个受精卵后再一分为二形成的两个胚胎。他们基因组成相同，但是性状依然有差异，有时候甚至差异很大，这就跟表观遗传有关。
三
表观遗传
5.实例：
蜂王
工蜂
持续获得蜂王浆
不能持续获得蜂王浆
同由受精卵发育而来的蜂王和工蜂在形态、结构、生理和行为等方面截然不同。表观遗传在其中发挥了重要作用。
三
表观遗传
5.实例：
有研究表明：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。不仅如此，还有研究发现男性吸烟者的精子活力下降，精子中DNA的甲基化水平明显升高，请查阅相关资料，结合表观遗传、烟草烟雾中含有的化学物质及其危害等知识，向亲友和周围人群深入宣传戒烟的道理。
与社会的关系
三
表观遗传
基因与性状的关系：
①一个基因 → 一个性状（一因一效）
②多个基因 → 一个性状（多因一效）
③一个基因 → 多个性状（一因多效）
四
基因与性状之间的关系
如红绿色盲、白化病等单基因遗传病。
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。
如研究发现水稻中的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的作用。
基因与性状并不是简单的一一对应的关系
表型=基因型+环境
　实战训练　
1.黑种人与白种人肤色不同的根本原因是（ ）
Ａ．他们所生活的环境不同
Ｂ．他们的与肤色有关的基因不同
Ｃ．他们的与肤色有关的蛋白质不同
Ｄ．他们的与肤色有关的ＲＮＡ不同
　实战训练　
2．下面关于基因、蛋白质、性状之间关系的叙述，其中不正确的是（ ）
A、一个性状受一个基因的控制
B、蛋白质的结构可以直接影响性状
C、蛋白质的合成受基因的控制
D、蛋白质的功能之一是可以体现性状
　实战训练　
3.基因指导蛋白质合成的过程包括转录和翻译，下列相关叙述错误的是( )
A.转录和翻译都遵循碱基互补配对原则
B.转录以核糖核苷酸为原料，翻译以氨基酸为原料
C.遗传信息既可以从DNA流向蛋白质，也可以从蛋白质流向DNA
D.在真核细胞中，染色体上基因的转录和翻译是在细胞内的不同区室中进行的
4.下图为人体内基因对性状的控制过程,分析可知(　　)
A.人体成熟的红细胞中只进行①②过程,而不进行③④过程
B.X1与X2的区别主要是脱氧核苷酸排列顺序的不同
C.人体衰老引起白发的原因是③④过程不能完成
D.该图反映了基因通过控制蛋白质的结构及酶的合成来控制生物的性状
　实战训练　
　实战训练　
5.许多基因的前端有一段特殊的碱基序列(富含 CG 重复序列)决定着该基因的表达水平,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。下列相关叙述正确的是（ ）
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.基因的表达水平与基因的甲基化程度无关
D.胞嘧啶甲基化可能会阻碍 RNA 聚合酶与基因前端的特殊碱基序列结合
　实战训练　
6.在一个蜂群中，一直以蜂王浆为食的雌性幼虫发育成蜂王，而以花蜜为食的雌性幼虫发育成工蜂。研究表明，DNMT3基因表达的DNA甲基转移酶能使DNA分子上的CpG岛上的胞嘧啶甲基化从而导致基因转录失活。若向雌性幼虫注入一种小型RNA(SiRNA)会导致DNMT3 基因不表达，能模拟蜂王浆的作用使雌性幼虫发育成蜂王。下列叙述错误的是（ ）
A.推测蜂王浆的作用可能是抑制DNA甲基转移酶发挥作用
B.DNA分子上CpG中的胞嘧啶被甲基化后会改变DNA分子碱基序列
C.推测SiRNA作用可能是与目标mRNA结合导致其降解或翻译受阻
D.DNA甲基化后可能阻止RNA聚合酶对DNA分子特定区域识别与结合
　实战训练　
7.我国科学家将含有人凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，由该受精卵发育而成的羊，分泌的乳汁中含有人的凝血因子，可治疗血友病。下列叙述错误的是（ ）
A、该项研究说明人和羊共用一套遗传密码子
B、该羊的乳腺细胞中含有人的凝血因子基因
C、该羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子基因
D、该羊的后代也可能含有人的凝血因子基因
　实战训练　
8.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