高考生物二轮复习专题专练(15)　表观遗传、生物变异与生物性状的关系(含解析）

高考生物二轮复习专题专练
(15)　表观遗传、生物变异与生物性状的关系
从“高度”上研究高考
[典例]　(2021·福建高考)水稻等作物在即将成熟时，若经历持续的干热之后又遇大雨天气，穗上的种子就容易解除休眠而萌发。脱落酸有促进种子休眠的作用，同等条件下，种子对脱落酸越敏感，越容易休眠。研究发现，XM基因表达的蛋白发生变化会影响种子对脱落酸的敏感性。XM基因上不同位置的突变影响其蛋白表达的情况和产生的种子休眠效应如下图所示。
下列分析错误的是(　 )
A．位点1突变会使种子对脱落酸的敏感性降低
B．位点2突变可以是碱基对发生替换造成的
C．可判断位点3突变使XM基因的转录过程提前终止
D．位点4突变的植株较少发生雨后穗上发芽的现象
[解析]　种子对脱落酸越敏感越容易休眠，而位点1突变则无XM蛋白产生且休眠减少，可推测脱落酸作用减弱，即种子对脱落酸的敏感性降低，A正确；比较表中位点2突变和无突变表达的蛋白图示，蛋白质长度相同，只是中间有一小段氨基酸序列不同，可推测该突变可能是碱基对发生替换造成的，B正确；比较表中位点3突变和无突变表达的蛋白图示，蛋白质长度变短，可推测模板mRNA上的终止密码子提前，翻译提前终止，C错误；位点4突变使XM蛋白的表达倍增，使得种子对脱落酸的敏感性增强，种子休眠增加，则位点4突变的植株较少发生雨后穗上发芽的现象，D正确。
[答案]　C
从“深度”上提升知能
(一)概括基因突变对蛋白质与性状的影响
1．基因突变类型对氨基酸序列的影响
类型 影响范围 对氨基酸序列的影响
替换 小 可改变1个氨基酸或不改变，也可能使翻译提前终止
增添 大 插入位置前不影响，影响插入位置后的序列
缺失 大 缺失位置前不影响，影响缺失位置后的序列
2.基因突变未引起生物性状改变的三大原因
突变部位 基因突变发生在基因的非编码区
密码子简并性 若基因突变发生后，引起了mRNA上的密码子改变，但由于一种氨基酸可对应一种或多种密码子，若新产生的密码子与原密码子对应的是同一种氨基酸，此时突变基因控制的性状不改变
隐性突变 若基因突变为隐性突变，如AA中其中一个A→a，此时性状也不改变
(二)表观遗传与生物性状
1．表观遗传原因
组蛋白乙酰化和DNA甲基化等修饰。
2．表观遗传的特点
(1)可遗传：基因表达和表型可以遗传给后代；
(2)不变性：基因的碱基序列保持不变；
(3)可逆性：DNA的甲基化修饰可以发生可逆性变化，即被修饰的DNA可以发生去甲基化；
(4)表观遗传一般是影响基因的转录过程，进而影响蛋白质的合成。
从“宽度”上拓展训练
1．(2021·海南高考)终止密码子为UGA、UAA和UAG。图中①为大肠杆菌的一段mRNA序列，②～④为该mRNA序列发生碱基缺失的不同情况(“－”表示一个碱基缺失)。下列有关叙述正确的是(　 )
A．①编码的氨基酸序列长度为7个氨基酸
B．②和③编码的氨基酸序列长度不同
C．②～④中，④编码的氨基酸排列顺序与①最接近
D．密码子有简并性，一个密码子可编码多种氨基酸
解析：选C　由于终止密码子不编码氨基酸，因此①编码的氨基酸序列长度为6个氨基酸，A错误；根据图中密码子分析，②和③缺失碱基后，碱基序列中没有出现终止密码子，因此其所编码的氨基酸数量可能相同，B错误；②缺失一个碱基，③缺失2个碱基，②③编码的氨基酸序列均从第二个开始发生改变，④缺失一个密码子中的3个碱基，其编码的氨基酸序列除缺少第二个氨基酸外，之后的序列均与①相同，因此②～④中，④编码的氨基酸排列顺序与①最接近，C正确；密码子有简并性是指一种氨基酸可以有多个密码子对应，但一个密码子只能编码一种氨基酸，D错误。
2．(2022·成都模拟)如图为野生型紫色非硫细菌体内指导一种多肽合成的mRNA模板，该细菌的一个突变型个体内，在第270号碱基对应的DNA位置发生了替换，据图分析下列叙述正确的是(　 )
A．野生型菌体内合成的相应多肽应该为103肽
B．突变型菌体合成的肽链中氨基酸的数目可能减少
C．肽链合成时，RNA聚合酶首先结合在起始密码的位置
D．该RNA可以同时结合多个核糖体，同时翻译出多种相应的多肽，从而提高翻译的效率
解析：选B　据图可知，该mRNA在第3号碱基处开始编码氨基酸，其中终止密码子不编码氨基酸，则野生型菌体内合成的相应多肽应该为102肽，A错误；据图可知，终止密码子是UGA，第270号碱基对应的DNA位置发生了替换，若替换后mRNA上第207位碱基对应的DNA碱基变为A，则终止密码提前，肽链长度缩短，B正确；RNA聚合酶可与DNA上的启动子结合驱动转录过程，起始密码在mRNA上不在DNA上，C错误；一个mRNA可以同时结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，即同时翻译出多条相同的多肽，从而提高翻译的效率，D错误。
3．已知组蛋白乙酰化与去乙酰化分别是由HAT(组蛋白乙酰转移酶)和HDAC(去乙酰化转移酶)催化的，组蛋白的乙酰化促进转录，而去乙酰化则抑制转录。染色质上的组蛋白被乙酰化后成为活性染色质，去乙酰化后成为非活性染色质，如图。下列相关推测不合理的是(　 )
A．染色质中的组蛋白乙酰化与去乙酰化不属于可逆反应
B．HDAC复合物使组蛋白去乙酰化伴随着对基因转录的抑制
C．激活因子、抑制因子可能改变了组蛋白的空间结构
D．活性染色质更便于DNA聚合酶与DNA的结合
解析：选D　催化组蛋白乙酰化与去乙酰化的酶不同，反应条件不同，故不是可逆反应，A正确；HDAC催化去乙酰化，而去乙酰化则抑制转录，B正确；激活因子、抑制因子使组蛋白乙酰化与去乙酰化，可能改变了组蛋白的空间结构，C正确；在HAT复合物作用下染色质具有转录活性，更便于RNA聚合酶与DNA的结合，D错误。
[微课微练·一点一评]
一、选择题
1．生物体的DNA中用于编码tRNA的某些碱基改变后，可以产生被称为校正tRNA的分子。DNA某次突变产生了一种可携带甘氨酸但却能识别精氨酸遗传密码的校正tRNA。下列叙述正确的是(　 )
A．此种突变改变了mRNA上的遗传密码序列
B．tRNA分子上的反密码子决定了其携带的氨基酸种类
C．新合成的多肽链中，原来的甘氨酸位置可被替换为精氨酸
D．校正tRNA分子的存在可以弥补某些突变引发的遗传缺陷
解析：选D　根据题干信息可知，此种突变产生了校正tRNA，并没有改变mRNA上的遗传密码序列，A错误；mRNA分子上的密码子决定了相应的tRNA携带的氨基酸种类，B错误；由题干信息“DNA某次突变产生了一种可携带甘氨酸但却能识别精氨酸遗传密码的校正tRNA”，说明新合成的多肽链中，原来精氨酸的位置可被替换为甘氨酸，C错误；校正tRNA的作用是校正发生错误的翻译过程，故某些突变引起密码子改变，但由于校正tRNA的存在使得该位置的氨基酸未发生改变，可以弥补某些突变引发的遗传缺陷，D正确。
2．某些病毒依赖核糖体“移码”的特殊机制来提高病毒蛋白表达水平。核糖体“移码”是指病毒RNA翻译过程中核糖体会向前或向后滑动一两个核苷酸，导致病毒可以利用一条RNA为模板翻译产生多种蛋白质。下列有关该现象叙述错误的是(　 )
A．核糖体“移码”可扩展病毒所携带遗传信息的利用率
B．核糖体“移码”可导致RNA上提前或延后出现终止密码子
C．核糖体“移码”会导致RNA上起始密码子位置发生改变
D．细胞中若出现核糖体“移码”现象则机体细胞免疫活动增强
解析：选C　根据题意，核糖体“移码”导致病毒可以利用一条RNA为模板翻译产生多种蛋白质，故核糖体“移码”可扩展病毒所携带遗传信息的利用率，A正确；核糖体“移码”可使病毒RNA翻译过程中核糖体向前或向后滑动一两个核苷酸，可导致RNA上提前或延后出现终止密码子，B正确；核糖体“移码”可能使合成的肽链发生变化，但作为模板的mRNA中的碱基序列不会发生改变，故起始密码子的位置不会发生变化，C错误；细胞中若出现核糖体“移码”现象，说明病毒已侵入到细胞中，则机体细胞免疫活动增强，D正确。
3．[多选]某种实验小鼠体毛颜色的黄色和黑色分别受等位基因Avy和a控制。纯种黄色小鼠与纯种黑色小鼠杂交生了多只子一代小鼠，它们分别表现出介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型的不同体色。研究表明，在Avy基因的前端有一段特殊的碱基序列，其上具有多个可发生DNA甲基化修饰的位点，甲基化不影响DNA的复制，但甲基化程度越高，Avy基因的表达受到的抑制越明显，小鼠体毛的颜色就越深。下列相关叙述正确的是(　 )
A．甲基化可以在不改变基因碱基序列的情况下，使基因发生突变而导致性状改变
B．甲基化可能阻止了RNA聚合酶与小鼠Avy基因的结合，从而影响了该基因的翻译过程
C．子一代小鼠由于Avy基因甲基化导致它们出现体色差异，但它们关于体毛颜色的基因型相同
D．基因组成相同的同卵双胞胎性状的微小差异，可能与某些DNA甲基化程度不同有关
解析：选CD　甲基化只是在DNA的碱基上做甲基化修饰，既没有改变DNA的碱基序列，也没有改变(被甲基化)碱基的配对规则，而基因突变是指基因中的碱基的增添、缺失或替换，所以甲基化不会导致基因突变，A错误；甲基化可能阻止了RNA聚合酶与小鼠Avy基因的结合，从而影响了该基因的转录过程，B错误；题干中的子一代小鼠由于Avy基因的甲基化导致它们出现体色差异，但它们的双亲为纯种体毛颜色的小鼠，则它们关于体毛颜色的基因型相同，C正确；基因组成相同的同卵双胞胎性状的微小差异，可能与某些DNA的甲基化程度不同有关，D正确。
4．[多选]细胞中核基因的表达过程严格并且准确，若偶尔出现差错，也会有一定的补救措施，如图所示，以下叙述正确的是(　 )
A．过程①将DNA双链解开的酶是RNA聚合酶
B．过程①③碱基配对方式完全相同
C．异常mRNA的出现可能是对RNA前体剪切出现异常造成的
D．若过程④受阻表达出了异常蛋白质而引起性状改变属于可遗传变异
解析：选AC　过程①为转录，将DNA双链解开的酶是RNA聚合酶，A正确；过程③为翻译过程，碱基配对方式为A—U、U—A、G—C、C—G，过程①为转录，碱基配对方式为G—C、C—G、T—A、A—U，碱基配对方式不完全相同，B错误；据图分析，异常mRNA的出现可能是对RNA前体剪切出现异常造成的，C正确；由题图可知，细胞表达出异常蛋白质时R基因并未改变，表达过程也没有发生表观遗传现象，只是中间产物异常所致，则属于不可遗传变异，D错误。
二、非选择题
5．两个纯合小白鼠B和P品系，进行同品系交配及品系间交配繁育，得到F1。图中PBF1表示母本为P，父本为B，BPF1同理，观察亲代和品系间杂交后代F1在热敏实验(在热板上感受到热刺激的反应时间越短，表明对热越敏感)中的行为差异，实验结果如图所示。
(1)该小白鼠同品系交配及品系间交配繁育实验中，进行同品系交配产生F1应为__________(填“实验组”或“对照组”)，其中得到PBF1和BPF1的杂交实验之间相互称为________。
(2)根据图形分析，B品系热敏强于P品系。与亲代相比，F1中雄性鼠的行为特征表现为________，F1雌性鼠的行为特征表现为________。(选择下列编号回答)
①父系遗传　②母系遗传　③无明显不同
(3)研究发现，小白鼠品系热敏的差异与突变基因N1、N2有关，分别导致热敏增强、热敏钝化，N1、N2两种突变基因之间的根本区别在于________________________。研究者通过诱变筛选到一种比P品系热敏钝化的突变体，其编码链(非模板链)测序结果如下图所示，图示编码链的模板链此片段控制表达3个氨基酸，该突变影响了N基因表达产物与特定DNA区段的结合能力，结合给出的密码子表，请从分子水平分析原因：______________________
__________________________________________________。
P品系……TACCTGAAA……
突变体……TACCCGAAA……
AUG GAC UUU GGC UAC CUG AAA CCG
甲硫氨酸 天冬氨酸 苯丙氨酸 甘氨酸 酪氨酸 亮氨酸 赖氨酸 脯氨酸
解析：(1)由题意可知，该实验的实验组是不同品系间杂交后代F1，因此进行同品系交配产生F1应为对照组。由题可知，PBF1表示母本为P，父本为B，而BPF1表示母本为B，父本为P，两个杂交亲本相互作为母本和父本，因此PBF1和BPF1的杂交实验之间相互称为正反交。(2)由图可知，B品系热敏强于P品系，且在雄鼠中，PBF1的热敏性高于BPF1，且F1中雄性鼠的反应时间均与各自的父本大致相同，说明F1中雄性鼠的行为特征表现为①父系遗传；在雌鼠中，PBF1的热敏性和BPF1的热敏性没有显著差异，说明F1雌性鼠的行为特征表现为③无明显不同。(3)突变基因之间的根本区别在于基因中碱基的排列顺序不同。对比P品系和突变体的基因序列发现：突变体的N基因中发生了碱基的替换(T-A变为C-G)，导致N基因发生了突变，根据碱基互补配对原则可知，mRNA的碱基序列与非模板链一致(只是T换成U)，故N基因突变后，相应位点的密码子由CUG变为CCG，导致表达的蛋白质中相应位置的亮氨酸被脯氨酸替换，使蛋白质功能改变，影响了其与特定DNA片段的结合能力。
答案：(1)对照组　正反交　(2)①　③　(3)基因中碱基的排列顺序不同　N基因突变后，导致表达的蛋白质中相应位置的亮氨酸被脯氨酸替换，使蛋白质功能改变(与特定DNA区段的结合能力改变)