2.3 基因的选择性表达及表观遗传现象 课件（共29张PPT）

(共29张PPT)
第三节　基因的选择性表达及表观遗传现象
内容索引
01
02
03
自主预习 新知导学
合作探究 释疑解惑
课堂小结
课标定位
1.理解细胞分化的本质是基因选择性表达的结果。
2.理解表观遗传现象,关注遗传信息的修饰及表达对生命活动的影响。
素养阐释
1.在理解基因选择性表达的基础上,阐明遗传信息的表达是生物完成生命活动的基础。
2.根据表观遗传现象,能用整体性、稳定性和适应性等观点,阐释遗传信息的表达调控对生命活动是至关重要的。
3.主动关注遗传信息的修饰及表达对生命活动的影响。
自主预习 新知导学
一、基因的选择性表达导致细胞的分化
1.细胞分化:在个体发育中,一个或一种细胞增殖产生的后代,在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。
2.基因的选择性表达
(1)概念:不同细胞表达的基因数目和基因表达水平都不尽相同,称为基因的选择性表达。
(2)意义:生物适应多变的环境,防止生命活动中的浪费现象和有害后果的发生,保证体内代谢过程的正常进行。
(3)影响因素:基因的选择性表达受基因和环境的共同控制与影响;每个细胞都有复杂的基因表达调控系统。
(4)应用:在医学上可以采取靶向治疗或精准医疗来治疗各种疾病。
二、表观遗传是不依赖于DNA碱基序列变化的遗传现象
1.表观遗传的实例:某种小鼠毛色的遗传,具体见图Z2-3-1。　
图Z2-3-1
由图可见,小鼠毛色表现不同颜色的根本原因是a序列的甲基化。
2.表观遗传:某些基因中碱基序列不变但表型改变的现象。
3.表观遗传的原因
(1)DNA甲基化:给DNA的碱基添加甲基。
(2)组蛋白修饰:组蛋白的某些氨基酸被加上或去掉一些化学基团。
(3)染色质构象变化。
4.意义:表观遗传调控的遗传机制不涉及DNA序列的改变,只涉及基因表达的活性,通过改变基因表达活性即可达到和改变基因序列类似的结果。
5.应用:在疾病诊断、治疗和药物开发等方面都有广阔的应用前景。
【预习检测】
1.判断正误。
(1)随着受精卵和胚胎的发育,细胞逐步分化,基因表达数目也有明显的变化。(　　)
(2)细胞分化的本质是基因选择性表达的结果。(　　)
(3)基因的选择性表达受基因控制,不受环境影响。(　　)
(4)表观遗传中碱基序列没变,表型改变,不能通过分裂传递给子代。(　　)
(5)表观遗传调控的遗传机制改变了基因表达的活性。(　　)
(6)染色质构象变化也会引起表观遗传现象。(　　)
√
√
×
×
√
√
2.人体表皮细胞与骨骼肌细胞的形态结构和功能不同,其根本原因是这两种细胞的(　　)。　
A.DNA碱基排列顺序不同
B.核糖体不同
C.tRNA不同
D.mRNA不同
答案:D
3.下列有关DNA甲基化的说法,错误的是(　　)。
A.DNA甲基化会引起表观遗传现象
B.DNA甲基化对DNA表达的影响不会传给子代
C.DNA甲基化是DNA的碱基添加了甲基
D.DNA甲基化会影响相关基因的表达活性
答案:B
合作探究 释疑解惑
知识点一
基因的选择性表达导致细胞的分化
问题引领
1.同一生物体内不同细胞的DNA、mRNA相同吗
提示:同一生物体内绝大多数细胞的DNA基本相同,mRNA不完全相同。
2.举例说明基因的选择性表达受环境的影响。
提示:(1)将小麦播种在有光的环境中,幼苗为绿色,播种在黑暗的环境中则为黄化苗,显然叶绿素基因的表达受到了光照的影响。
(2)同一株水毛茛,裸露在空气中的叶是扁平的,而浸在水中的叶片深裂成丝状。
归纳提升
1.由于基因的选择性表达,同一生物体内不同细胞的mRNA不完全相同,比如呼吸酶基因在所有细胞中都表达,相关的mRNA在所有细胞内都有,但胰岛素基因只在胰岛B细胞中表达,相关的mRNA只在胰岛B细胞内存在。
2.每个细胞都有复杂的基因表达调控系统,基因的选择性表达受基因和环境的共同控制和影响。
3.细胞分化的本质是基因的选择性表达。
典型例题
图Z2-3-2表示喜马拉雅兔在受到低温作用后毛色的变化,这种变化最可能是(　　)。
A.遗传对基因选择性表达的作用
B.环境对基因选择性表达的作用
C.染色体上基因的重排
D.环境引起基因碱基序列的改变
答案:B
解析:冰块(低温)处理后毛色变化,处理部位的基因没有变化,最可能是环境影响了基因的表达。
图Z2-3-2
【变式训练】
下列关于基因选择性表达的叙述,正确的是(　　)。
A.细胞分裂过程中不存在基因的选择性表达
B.不同的体细胞中表达的基因完全不同
C.细胞衰老时染色质收缩影响基因的表达
D.细胞癌变的实质是相关基因表达的过程
答案:C
解析:细胞分裂过程中也存在基因的选择性表达,如控制染色体上蛋白质合成的基因的选择性表达,A项错误。不同的体细胞中表达的基因不完全相同,B项错误。细胞衰老时染色质收缩不利于基因的表达,C项正确。细胞癌变的实质是相关基因即原癌基因和抑癌基因的突变,D项错误。
知识点二
表观遗传是不依赖于DNA碱基序列变化的遗传现象
问题引领
1.引起表观遗传现象的因素有哪些
提示:DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质构象变化等。
2.表观遗传现象中DNA的碱基序列没发生改变,基因的功能是否发生改变
提示:改变,DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质构象变化等都会影响DNA的转录和翻译,使基因的表达与功能发生改变,进而导致生物的表型发生可遗传的改变。
归纳提升
引起表观遗传的因素
引起表观遗传的因素有很多,教材中提到了3个,除此之外,还有基因印记、基因组中非编码RNA、微小RNA、反义RNA、内含子及核糖开关等。其中有的影响基因的转录,有的影响翻译。
典型例题
表观遗传是指DNA序列不发生变化,但基因表达却发生了可遗传的改变,这种改变多发生于剧烈变化的环境中,一个典型的例子是DNA甲基化 ,它能起到开启或关闭一段序列的作用,进而改变个体的表型。下列相关叙述正确的是(　　)。
A.可遗传的变异一定是DNA序列改变引起的
B.环境变化引起的变异一定是不可遗传的变异
C.细胞的分化可能与DNA甲基化有关
D.只有DNA甲基化才可引起表观遗传
答案:C
解析:根据题干信息可知,表观遗传指DNA序列不发生变化,但基因表达却发生了可遗传的改变,因此可遗传的变异不一定是遗传物质改变引起的,A项错误。题目信息已经说明,环境变化引起的变异可能是可遗传的变异,B项错误。由于DNA甲基化可导致开启或关闭一段DNA序列,即DNA甲基化可影响基因的表达,因此细胞的分化可能与DNA甲基化有关,C项正确。影响基因表达的因素有很多,如从mRNA到蛋白质的翻译过程受阻,基因也无法表达,所以引起表观遗传的因素不只是DNA甲基化,D项错误。
【变式训练】
1.脊椎动物的一些基因活性与其周围特定胞嘧啶的甲基化有关,甲基化使基因失活,相应的非甲基化能活化基因的表达。以下推测正确的是(　　)。
A.肝细胞和胰岛B细胞的呼吸酶基因均处于甲基化状态
B.肝细胞和胰岛B细胞的胰岛素基因均处于非甲基化状态
C.肝细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于非甲基化状态
D.胰岛B细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于非甲基化状态
答案:D
2.表观遗传是指细胞内基因的碱基序列不变,但基因的表达发生可遗传变化的现象。下列对此现象的叙述,错误的是(　　)。
A.同卵双胞胎之间的差异是由表观遗传引起的
B.细胞质中的调控因子对基因的表达起调节作用
C.正常的细胞分化可以体现出细胞层次上的表观遗传
D.若基因的启动部位被修饰,则可能遏制了 RNA聚合酶的识别
答案:A
解析:同卵双胞胎来自同一个受精卵,拥有相同的遗传物质,同卵双胞胎之间的差异可能是由表观遗传引起的,也可能只是由环境引起的,A项错误。在细胞质中存在一些物质,能够对基因的表达起调节作用,B项正确。正常的细胞分化的实质是基因的选择性表达,已分化的细胞的遗传物质通常没有改变,正常的细胞分化可以体现出细胞层次上的表观遗传,C项正确。当 RNA聚合酶与DNA分子的某一启动部位相结合时,包括一个或者几个基因的DNA片段的双螺旋解开,所以当基因的启动部位被修饰而改变后,RNA聚合酶可能就无法对其进行识别并结合,D项正确。
[素养提升]
表观遗传的机理
表观遗传主要从三个层面调控基因表达:DNA修饰、蛋白修饰、非编码RNA调控。
(1)DNA修饰:DNA共价结合一个修饰基团,使具有相同序列的等位基因处于不同的修饰状态,DNA甲基化是DNA修饰的常见形式。
(2)蛋白修饰:通过对特殊蛋白修饰或改变蛋白的构象实现对基因表达的调控,包括组蛋白的甲基化和乙酰化等。
(3)非编码RNA调控:通过某些机制实现对基因表达的调控,如RNA干扰等。
（2023江西一中月考）哺乳动物DNA分子上的胞嘧啶(C)可发生甲基化(即胞嘧啶分子连接上—CH3)而使基因失活。重亚硫酸盐能使DNA中未发生甲基化的胞嘧啶(C)脱氨基转变成尿嘧啶(U),而甲基化的胞嘧啶(C)保持不变。现有一DNA片段 ,经重亚硫酸盐处理后进行两次复制,并对复制后的产物进行测序。若复制产物中出现下列哪项序列,则表明该DNA片段一定未发生甲基化 (　　)
答案:B
解析:根据题意可知,若DNA片段中有未发生甲基化的胞嘧啶(C),则C会脱氨基转变成U,两次复制后变成A或T;若发生甲基化,则C不会脱氨基转变成U,因而DNA片段中仍含有胞嘧啶(C)。B项所示DNA片段中不含C,表明该DNA片段一定未发生甲基化。
课堂小结
本 课 结 束