4.2 基因与性状的关系 课件（共21张ppt）高中生物人教版（2019）必修2

(共21张PPT)
第四章 基因的表达
第2节 基因表达与性状的关系
通过对基因与性状间关系的一系列探讨，对生物性状的形成有进一步认识，引导学生逐步建立生命的信息观。
生命观念
【学习目标】
科学思维
通过学习基因的选择性表达、表观遗传，知道基因与性状之间关系的复杂性，提升多角度、多因素分析复杂事件的方法和能力。通过对资料的分析得出结论提升归纳能力。
通过对果蝇性状分析的思维训练，引导学生进行实验设计，通过小组讨论还可以提高学生分析、提问、讨论与交流的能力与团队合作意识。
社会责任
科学探究
通过与社会的联系，让学生认识的吸烟影响基因的表达，从而选择健康的生活方式。
一、基因表达产物与性状的关系
资料1：与圆粒豌豆不同的是，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。淀粉在细胞中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；淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩。
基因
豌豆的圆粒
豌豆的皱粒
细胞内淀粉含量
淀粉分支酶的合成
影响
影响
多
少
一、基因表达产物与性状的关系
资料2：人的白化症状是由编码酪氨酸酶的基因异常而引起的。酪氨酸酶存在于正常人的皮肤、毛发等处，它能将酪氨酸转变为黑色素。如果一个人由于基因异常而缺少酪氨酸酶，那么这个人就不能合成黑色素，从而表现出白化症状。
基因
酪氨酸酶的合成
黑色素的合成
不能合成
白化症状
影响
影响
能合成
正常
老年人白发的原因与
白化病有何异同？
从这两个例子中我们能得到什么样的共同结论呢？
归纳总结：
结论1：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。
基因
豌豆的圆粒或皱粒
淀粉分支酶的合成
影响
决定
基因
白化症状
酪氨酸酶不能合成
影响
决定
一、基因表达产物与性状的关系
资料3：在大约70％的囊性纤维化患者中，编码CFTR蛋白（一种转运蛋白）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。
患者肺功能严重受损
基因
CFTR蛋白空间结构发生变化
改变
导致
一、基因表达产物与性状的关系
资料4：镰刀型细胞贫血症患者的红细胞不是正常的圆饼状,而是弯曲的镰刀状。其原因是其基因中的一个碱基发生了替换，导致血红蛋白中的谷氨酸变成了缬氨酸，血红蛋白结构异常。症状是发烧和肌肉疼痛,疲劳、呼吸困难、咳嗽、心跳速率快速、生长及青春期迟缓。
基因
血红蛋白结构
红细胞为弯曲的镰刀状
红细胞为正常的圆饼状
异常
正常
影响
从这两个例子中我们能得到什么样的共同结论呢？
归纳总结：
结论2：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
基因
CFTR蛋白空间结构发生变化
改变
导致
基因
血红蛋白结构异常
导致
改变
镰刀型细胞贫血症
囊性纤维病
基因控制生物的性状主要有以下两个途径：
1. 直接控制途径
蛋白质的结构
基因
控制
直接控制
生物体的性状
酶的合成
基因
控制
控制
代谢过程
间接控制
生物体的性状
2. 间接控制途径
二、基因的选择性表达与细胞分化
思考 · 讨论：分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果
检测的三种细胞 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3种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示：
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？
基因的选择性表达
有共用蛋白，也有特有蛋白
可以用人的这三种细胞
进行检测分析吗？
1.同一生物体中不同类型的细胞，基因都是相同的，为什么？
2.同一生物体的不同细胞，基因都相同，而形态、结构和功能却各不相同，为什么呢？
因为同一生物体不同类型的细胞，都是由同一个受精卵分裂分化而来
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。
基因的选择性表达。
想一想
基因表达的类型
管家基因：
奢侈基因：
在所有细胞中都表达的基因。
如：核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因。
三、表观遗传
资料1 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A
植株B
植株B的Lcyc基因不表达，原因是它被高度甲基化了
植株A相似
F1
多数与植株A相似
少数与植株B相似
F2
资料2 某种实验小鼠的毛色受一对等位基因Avy和a的控制，Avy为显性基因，表现为黄色体毛，a为隐性基因，表现为黑色体毛。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。
纯种黄色体毛
的小鼠AvyAvy
纯种黑色体毛
的小鼠aa
介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型
F1
1．上述资料中，柳穿鱼和小鼠性状改变的原因是什么？
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？
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？
讨论
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
植株A的基因正常表达，F1的碱基序列并没有变化，但DNA的甲基化修饰可以遗传给后代，因此子二代中少部分与植株B相似。
遗传现象共同点是有表观遗传。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。
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（epigenetic inheritance）。
2.表观遗传形成的原因
环境
诱发
DNA甲基化
（1）DNA甲基化
（2）组蛋白乙酰化
三、表观遗传
C
G
C
G
5 3
3 5
C
G
C
G
5 3
3 5
CH3
DNA甲基化示意图
甲基
组蛋白
DNA
吸烟会使人体细胞内DNA的甲基化水平升高，还会使精子活力下降，精子中DNA的甲基化水平明显升高
CH3
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。
基因组成相同的同卵双胞胎所具有的微小差异
一个蜂群中，蜂王和工蜂形态、结构、生理和行为等方面截然不同
四、基因与性状的关系
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。
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，其中每个基因对身高都有一定的作用。
人的身高、水稻的产量
只受基因的控制吗？
同一株水毛茛，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。
同一株水毛茛细胞中的遗传物质相同，两种叶形的差异，可能是由叶片所处的环境因素引起的。
这两种叶形的差异，是因为基因不同造成的吗？
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。
【思维训练】 遗传学家曾做过这样的实验：长翅果绳幼虫正常的培养温度为25℃，如果将孵化后4—7天的长翅果蝇幼虫在35℃—37℃处理6—24小时，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。
翅的发育需要经过酶的作用，酶的合成由基因控制，温度影响酶的活性。长翅果蝇的基因指导合成的酶在正常温度下催化反应使幼虫发育成长翅果蝇。而在较高的温度下，酶的活性受到影响，一些反应不能进行，造成长翅果蝇幼虫发育成残翅果蝇。残翅果蝇体内的基因没有改变，所以在正常温度下产生的后代是长翅果蝇。
（2）果蝇长翅（B）是显性，残翅（b）是隐性。一试管内有一些只具一种基因型的残翅果蝇，但不知是什么温度下发育而成的，基因型不明确。请设计实验确定它们的基因型，简要写出你的实验设计思路，可能现出的结果及果蝇的基因型。
设计思路：
让这些残翅果蝇相互交配产卵，在正常的培养温度下培养一段时间后，观察子代果蝇翅的类类型。
①若这一试管内残翅果蝇的后代都是残翅果蝇，则基因型是bb。
②若这一试管内残翅果蝇的后代都是长翅果蝇， 则基因型是BB。
③若这一试管内残翅果蝇的后代既有残翅果蝇，也有长翅果蝇，则基因型是Bb。
(1)请结合基因与酶的关系及酶的特性对上述现象作出合理的解释。
结果及基因型：
课堂小结
基 因
生 物 体 性 状
蛋白质的结构
直接控制
酶的合成控制代谢过程
间接控制
细胞分化
基因选择性表达的结果
基因表达改变
碱基序列不变
表观遗传
一对一
一对多
多对一
关系
受环境影响
管家基因
（所有细胞中都表达）
奢侈基因
（特定细胞中表达）