4.2基因表达与性状的关系课件（共31张PPT）(1份视频）2022-2023学年高一下学期生物人教版必修2

(共31张PPT)
4.2 基因表达与性状的关系
2019人教版高中生物必修二
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蛋白质
基因
RNA
复习回顾
基因如何指导蛋白质的合成？
性状
基因、蛋白质和性状之间是何关系呢？
控制
1．这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？
2．两种叶形的基因相同，形态不同，能否说明基因与性状为一一对应的关系？推测引起两种叶形差异可能的原因是什么？
一样。
基因和性状不是一一对应的关系。可能与水毛茛两种叶形所处的环境有关。
基因究竟是如何控制生物性状的呢？
问题探讨
豌豆的圆粒和皱粒
差异如何形成？
圆粒豌豆
皱粒豌豆
实例一：豌豆的圆粒和皱粒
______淀粉分支酶
___________________
淀粉含量_____
淀粉________，含量降低
豌豆能有效地保留水分，十分饱满
___________________
正常的淀粉分支酶基因
被插入的DNA序列打乱的异常淀粉酶基因
正常的
异常的淀粉分支酶
丰富
合成受阻
豌豆由于失水而皱缩
基因
酶
细胞代谢
性状
实例二：白化病
人的白化病
①性状对比
正常：皮肤颜色正常，毛发为黑色
患病：皮肤、毛发为淡白色
②基因对比：
正常：含有编码酪氨酸酶的基因
患病：编码酪氨酸酶的基因异常
白化病患者
正常人
实例二：白化病
正常的形成机制
患者的形成机制
编码酪氨酸酶的基因正常
酪氨酸酶正常
酶将酪氨酸转变为黑色素
表现正常
编码酪氨酸酶的基因被打乱
酪氨酸酶异常，无法正常合成
缺少酶，酪氨酸无法合成黑色素
缺乏黑色素表现白化症状
基因
酶
细胞代谢
性状
淀粉分支酶基因异常
合成的淀粉分支酶异常
淀粉合成受阻，含量下降
豌豆由于失水而皱缩
酪氨酸酶基因异常
酪氨酸酶无法正常合成
细胞不能正常合成黑色素
个体表现为白化症状
你能总结出以上两个实例中基因控制性状的途径吗？
小结
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。
间接
囊性纤维病是北美白人种中最常见的一种遗传病，患者汗液中氯离子的浓度升高，支气管被异常的黏液堵塞，常于幼年时死于肺部感染。
囊性纤维病
小组探讨：囊性纤维病的病因？
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。
正常气管
囊性纤维化气管
小组探讨：囊性纤维病的病因？
CFTR蛋白结构异常，导致功能异常
CFTR基因缺失3个碱基
患者支气管内黏液增多
粘液清除困难，细菌繁殖，肺部感染
囊性纤维病
实例四：镰状细胞贫血
红细胞易破裂，使人患溶血性贫血
正常红细胞
红细胞自由流动
正常血红蛋白
镰状红细胞
镰状红细胞阻塞血流
异常血红蛋白
正常的编码血红蛋白的基因
编码血红蛋白的基因碱基有变化
红细胞形态呈镰刀状
编码血红蛋白的基因中一个碱基变化
血红蛋白结构发生变化
红细胞容易破裂，患溶血性贫血
镰刀型细胞贫血症
正常红细胞
镰刀型红细胞
小结
基因通过控制表达产物蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
直接
以上实例说明基因是如何控制性状的？
蛋白质的结构
基因
细胞代谢
生物性状
酶
间接控制
直接控制
通过以上四个实例的分析，尝试用箭头和文字总结出基因对性状控制的两种途径。
我们知道，人是由受精卵发育来的，受精卵经过分裂形成多个细胞，进而形成不同类型的细胞，如红细胞、神经细胞、肌肉细胞等。
1．这个过程我们称为什么？
2．这些细胞的基因是否相同？
3．这些不同类型细胞的结构和功能都不相同。可能的原因是什么？
生物体多种性状的形成，都是以细胞分化为基础的。在细胞分化过程中是什么原因使这些细胞结构功能发生了差异？是否有证据证明呢？
想一想
细胞分化
相同
不同类型细胞中基因的表达情况不完全相同。
思考·讨论
分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果
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 +++ - - +
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都是该细胞中的特异性蛋白质。
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？
细胞中并非所有的基因都表达，不同种类细胞中基因的表达情况有差别。
基因
在所有细胞中都表达的基因
在某些细胞中特异性表达的基因
核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因等
卵清蛋白基因、胰岛素基因等
指导合成的蛋白质是维持细胞生命活动所必需的。
管家基因
奢侈基因
细胞分化的本质是基因的选择性表达。
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。
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
某基因
--ATGCATGCAT…… CCATGCTAGCCA …… TCCCTAAGGATAG CCATCCCAGATG …… CATGCATCCATGC---
--TACGTACGTA ……GGTACGATCGGT…… AGGGATTCCTATC GGTAGGGTCTAC …… GTACGTAGGTACG---
对应的mRNA
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蛋白质
酶
代谢
性状
性状
结构
性状是由基因决定的！
但是不是只由基因决定呢？
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
资料2：小鼠毛色受等位基因Avy和a的控制，Avy为显性，表现为黄色；a为隐性，表现为黑色体毛。纯种黄色小鼠与纯种黑色小鼠杂交，子代小鼠基因型为Avya，却表现出黄色和黑色之间的一系列过渡类型。
柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传
思考·讨论
aa
AvyAvy
×
表现出不同毛色的Avya小鼠
柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传
思考·讨论
表现出不同毛色的Avya小鼠
研究表明，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。当没有甲基化时，Avy基因正常表达，小鼠表现为黄色；当发生甲基化时，甲基化程度越高，该基因表达时受到的抑制越明显，小鼠体色体毛的颜色就越深。
5`
3`
Avy基因
决定基因表达水平的序列
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。
表观遗传现象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。（e.g.蜂王和工蜂等）
3.表观遗传的特点：
甲基化引起表观遗传的实例
蜂王
工蜂
蜂王和工蜂的差异
同卵双胞胎间也有差异
①一个基因 一种性状
控制
②一个基因 多种性状
控制
③多个基因 一种性状
控制
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作用。
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。
基因与性状并不是简单的一一对应的关系
多基因效应
基因的多效性
基因的特异性
1
基因决定生物性状
2
生物性状还会受到环境等条件的影响
如后天的营养和体育锻炼等对人的身高也有重要作用。
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的网络，精细地调控着生物体的性状。
性状 = 基因 + 外界环境
经典遗传、表观遗传、环境等对表型的影响
DNA
mRNA
蛋白质
性状
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体现
经典遗传
表观遗传
调控
环境
影响
影响
2.表观遗传：碱基序列不变，引起的性状变化可遗传
3.仅由环境变化引起的性状变化，不可遗传（表型模拟）
1.经典遗传：碱基序列改变，引起的性状变化可遗传
小结
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