生物人教版（2019）必修2 4.2 基因表达与性状的关系（共32张ppt）

(共32张PPT)
基因表达与性状的关系
第4章 第2节
问题探讨
空气
水
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？
叶呈扁平状
叶呈丝状
这两种形态的叶，其细胞的基因组成是一样的。
这两种叶形的差异，可能是由叶片所处的环境因素引起的
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。
基因表达产物与性状的关系
基因
指导合成
蛋白质
体现
性状
如何控制？
代谢
酶
基因
实例1：豌豆的圆粒与皱粒
R
r
催化蔗糖转化为淀粉
淀粉多
淀粉少
编码淀粉分支酶的基因
插入一段DNA序列
正常
锁水强
锁水弱
圆粒
皱粒
基 因
酶
代谢
实例2：人类的 白化病
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
a
酪氨酸酶基因
酪氨酸酶基因异常
酪氨酸→黑色素
正常合成
不能合成
催化
不能
囊性纤维病
正常气管
囊性纤维化气管
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。
实例3：囊性纤维化
正常
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
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
基因
蛋白质结构
功能
性状
红细胞易破裂,发生贫血
实例3：镰状细胞贫血
控制血红蛋白形成的
基因中一个碱基对变化
血红蛋白的结构发生变化
红细胞呈镰刀状
基因
蛋白
质结构
性状
血红蛋白的结构正常
红细胞呈圆饼状
控制血红蛋白形成的基因碱基对正常
红细胞正常
基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
基因表达产物与性状的关系
基因
蛋白质结构
生物性状
酶的合成
代谢过程
生物性状
基因表达产物
直接控制
间接控制
胰岛细胞
血细胞
输卵管细胞
同一个人的这些细胞遗传物质相不相同？
形态和功能为什么不同？
相同
基因的选择性表达
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 + + + - - +
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，对这三种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示：
基因的选择性表达与细胞分化
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。
1.这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？
3种细胞中合成的蛋白质种类不完全相同，有些蛋白质在所有的细胞中都合成，有一些特定功能的蛋白质只在特定的细胞中合成。
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 + + + - - +
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，对这三种细胞中的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
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。
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？
细胞中并不是所有的基因都表达，基因的表达存在选择性。
1. 细胞分化的本质：
基因的选择性表达
2. 细胞中表达的基因分类：
管家基因：
奢侈基因：
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。
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，这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。
如胰岛素基因、血红蛋白基因等。
随堂练习
1.图中________是奢侈基因，
____是管家基因；
2.图中___最可能是ATP合成
酶基因；
3.图中___最可能是胰岛素基因；
4.神经细胞有没有胰岛素基因？____
神经细胞能不能产生胰岛素？____ 原因是_____________________
甲乙丙
丁
丁
甲
有
不能
基因的选择性表达
基因的选择性表达与细胞分化
细胞分化是基因选择性表达的结果，即在个体发育过程中，不同种类细胞中遗传信息的表达情况不同。
1.细胞分化的“不变”与“变”
DNA、tRNA、rRNA
①不变
细胞的数目
②变
mRNA、蛋白质的种类
细胞的形态、结构和功能
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。
表观遗传
资料一：柳穿鱼的花
柳穿鱼花的形态结构
植株A
植株B
Lcyc
基因
不
相
同
同
开花时 表达
不表达
（甲基化）：
表 达
正常
植株A
Lcyc基因
高度 甲基化
植株B
×
F1
自 交
F2
绝大部分植株的花与植株A相似
少部分植株的花与植株B相似
F1植株的花与植株A相似
问题：
F1的花为什么与植株A的相似？
F2中有些植株花与植株B相似？
植株A的Lcyc基因在开花时表达,可看成为显性基因,而植株B的该基因不表达,可看成为隐性基因。
两植株杂交,F1表现显性性状,F2出现类似性状分离的现象。
资料一：柳穿鱼的花
杂 交
Lcyc基因
资料二 某种实验小鼠的毛色
×
AvyAvy
aa
Avya
在Avy基因前端有一段特殊碱基序列具有多个可发生DNA甲基化修饰的位点。其甲基化程度越高，Avy基因的表达受到的抑制越明显，小鼠体色体毛的颜色就越深。
1. 上述资料中，柳穿鱼和小鼠性状改变的原因是什么？
柳穿鱼花形态改变，是因为基因的部分碱基被高度甲基化；小鼠毛色改变，是因为基因的前端有一段影响基因表达的特殊的碱基序列被甲基化。发生在基因或基因前端的甲基化修饰均导致相关基因的表达受到抑制，进而影响性状。
2. 资料1、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？
DNA甲基化修饰影响基因表达，并可遗传给后代，使后代出现同样的表型。
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。
表观遗传
1.概念：
2.常见调节机制
1）DNA 修饰：
如DNA甲基化修饰
2）组蛋白修饰：
如染色体组蛋白甲基化、乙酰化等
3）非编码RNA干扰
mRNA
非编码RNA
蛋白质
阻止翻译(抑制基因表达)
互补配对
DNA甲基化
组蛋白甲基化
组蛋白乙酰化
3.表观遗传的特点
①可遗传性，即通过有丝分裂或减数分裂，能在细胞个体间遗传。
②可逆性。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。
4.发生时期：
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；
吸烟
酗酒
暴食
熬夜
我只对自己造成影响，不改变遗传物质，所以对下一代没有影响！
表观遗传与生活的联系
与饮酒行为相关的基因PER2和POMC，前者影响生物钟，而后者则调节压力反应系统。这两个基因的甲基化模式在暴饮者表现为基因表达的减少，随着酒精摄入量的增加而加剧。
吸烟会使人体细胞内DNA的甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生影响，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。
急性睡眠缺失仅一次就会导致时钟基因的表观遗传变化，这些基因在机体的每个组织内调节其昼夜节律，同时与肥胖和 2 型糖尿病形成相关的基因位点表达水平也出现异常。
母亲的妊娠糖尿病和机体较高的血糖水平或与后代机体DNA功能性修饰水平和模式的改变直接相关，所生后代会面临高风险的肥胖症且机体对血糖控制的水平较差。
表观遗传与生活的联系
基因组成相同的同卵双胞胎所具有的微小差异就与甲基化有关
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。
基因与性状的关系
大多数情况下,基因和性状不是简单的一一对应的关系。
1.性状与基因也存在一一对应关系。
2.一个性状可以受到多个基因的影响
如高茎由高茎基因D控制，矮茎由矮茎基因d控制
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。
3.一个基因也可以影响多个性状
如水稻中的Ghd7基因除了调控开花，还影响生长、发育和产量。
4.性状可由基因与环境共同决定
如后天的营养和体育锻炼等对人的身高也有重要作用。
(表型=基因型+环境条件)
基因表达与性状的关系
一因一效：一个基因影响一个性状。
一因多效：一个基因可以影响多个性状。
多因一效：多个基因影响一个性状。
基因
通过改变遗传物质如基因突变，染色体变异等，使性状发生改变。
通过表观遗传，导致产生性状差异。
环境
基因与基因，基因与基因表达产物，基因与环境，形成一个错综复杂的网络，精细调控生物性状。
▲
▲
通过影响酶的活性进而影响代谢过程，从而影响生物性状，不可遗传。
第4章 基因的表达 第2节 基因表达与性状的关系
1. 下列关于“基因与性状”关系的描述，正确的是（ ）
A．基因可通过控制酶的合成直接控制生物体的性状
B．基因与生物性状之间不存在简单的线性关系
C．基因与多种因素相互作用精细地调控生物的性状
D．DNA上的片段均能直接或间接地控制生物的性状
C
2.人体的神经细胞和肌细胞的形态、结构和功能不同，是因为这两种
细胞内 ( )
A. tRNA不同 B. rRNA不同
C. mRNA不同 D. DNA上的遗传信息不同
C
练一练
D
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，从而间接控制生物性状
C．生物性状由基因决定，也受环境影响
D．若基因③不表达，则基因①和基因②也不表达
3.牵牛花的颜色主要是由花青素决定的，如图为花青素的合成与颜色变化途径示意图：从图中不能得出的结论是（　　）
练一练
4．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
B
练一练
你的基因里，
写着祖父母过去的经历