4.2 基因表达与性状的关系 课件(共20张PPT) 2023-2024学年高一生物人教版（2019）必修第二册

(共20张PPT)
4.2基因表达与性状的关系
第四章 基因的表达
知识回顾
1. 基因表达包含转录和翻译两个过程，请从模板、原料、酶、产物、场所等五个方面来比较转录和翻译过程。
2. 密码子位于________，反密码子位于_______。
3. 请用文字加箭头画出中心法则（注意区分实线和虚线）。
项目 转录 翻译
模板
原料
酶
产物
场所
DNA的一条链
mRNA
4种核糖核苷酸
21种氨基酸
RNA聚合酶
单链RNA
主要在细胞核
多种酶
多肽链（蛋白质）
核糖体
mRNA
tRNA
4.2 基因表达与性状的关系
教学目标
1. 生命观念
（1）通过学习皱粒豌豆形成机制、白化病致病原因及囊性纤维化致病原因，理解基因通过控制酶的合成和蛋白质的结构控制生物体的性状。
（2）通过比较同一生物体3种细胞中DNA和mRNA的检测结果，说明细胞分化是基因选择性表达的结果。
2. 科学思维
（1）通过分析柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传现象，归纳概括表观遗传现象。
（2）阐明基因、环境与性状之间的复杂关系，认同生命的复杂性。
《基因的表达》
新课导入
叶呈扁平状
叶呈丝状
讨论：
1. 这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？
受精卵 叶呈扁平状与丝状
（基因组成 ）
2. 这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的？
基因：遗传效应的DNA片段，可控制性状
蛋白质：生命活动的主要承担者
性状：形态、结构和生理生化等特征（叶形）
基因、蛋白质、性状、环境之间是什么关系呢？请你作出假设。
相同
有丝分裂
基因表达产物与性状的关系
例1：孟德尔豌豆实验中，圆粒是由基因____控制，皱粒由____控制，如何从基因表达的层面做出科学的解释呢？（P71）
编码淀粉分支酶的基因
_____________酶
淀粉合成
淀粉含量______
淀粉能__________
DNA中插入了一段外来DNA
打乱了编码淀粉分支酶_______
淀粉分支酶出现______，活性_______
淀粉含量_____
豌豆______而皱缩
淀粉分支
高
低
失水
异常
降低
基因
保留水分
指导合成
催化
引起
基因表达产物与性状的关系
例2：分析人的白化症状形成的原因（P71），思考回答如下问题：
1. 回忆酶的化学本质，结合中心法则，分析酶缺乏的原因。
2. 回忆酶在细胞代谢中的作用，分析酶缺乏会产生什么结果。
3. 用文字和箭头总结基因、酶与性状之间的关系。
基因表达产物与性状的关系
例3：分析囊性纤维化的症状形成的原因（P72），思考回答如下问题：
1. 囊性纤维化形成的原因是什么？
2. 用文字和箭头总结基因、基因表达产物与性状之间的关系。
基因表达产物与性状的关系
生物体多种性状的形成，都是以细胞分化为基础的。同一生物体中不同类型的细胞，基因都是相同的，而形态、结构和功能却各不相同。
你觉得为何？
基因表达产物与性状的关系
分析上表，小组合作探究回答如下问题：
1. 分析表中信息，你能得出什么结论？
2. 这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？
3. 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事实说明了什么？
4. 3种细胞中有表达情况相同的基因吗？说明理由。
5. 请根据基因在不同类型细胞中的表达情况，尝试对基因进行分类，并对基因种类进行“命名”。
6. 造成同一生物体不同类型的细胞的形态、结构和功能差异的原因是什么？并尝试归纳概括细胞分化的本质。
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 +++ - - +
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. 3种细胞中基因相同，但mRNA不同。
2. 这3种细胞中合成的蛋白质有差异，如输卵管细据胞能合成卵清蛋白，不合成珠蛋白和胰岛素。
3. 细胞中基因的表达存在选择性。
4. 有，ATP合成酶基因细胞呼吸酶基因等在所有细胞中都表达。
5. 管家基因：在所以细胞都表达的基因；奢侈基因：只在某类细胞中特异性表达的基因。
6. 每种类型的细胞只表达一部分基因，即基因表达的差异产生了不同类型的细胞。细胞分化的本质是基因的选择性表达。
基因表达产物与性状的关系
1. 下表是5种基因在几种细胞中表达的情况，相关叙述错误的是（ ）
A.细胞呼吸酶基因和核糖体rRNA基因在所有细胞中均表达
B.胰岛B细胞中不存在血红蛋白基因和抗体基因
C.上述基因表达的差异体现了细胞分化的实质
D.上述三种细胞的差异是基因选择性表达的结果
基因 成熟红细胞 浆细胞 胰岛B细胞
细胞呼吸酶基因 + + +
核糖体rRNA基因 + + +
血红蛋白基因 + - -
抗体基因 - + -
胰岛素基因 - - +
说明：“+”表示基因开放表达，“-”基因关闭不表达
B
课堂小结 布置作业
提出问题：
基因的选择性表达导致性状的差异。那么，基因表达与否以及表达水平的高低是如何受到调控的呢？以小组为单位，搜集表观遗传的资料，撰写“有趣的表观遗传现象”小论文（字数不限）。
导入新课
上节课学习了基因通过其表达产物——蛋白质，来控制性状，如果基因表达水平发生改变，性状也会随之发生改变，这就是有趣的表观遗传现象。
表观遗传
阅读P73-74页资料，小组合作探究回答问题，并尝试构建表观遗传概念模型。
1. 资料1中，柳穿鱼植株A和B都有______基因，但植株B的该基因被_______，导致该基因不能表达，其花表现出辐射对称。
2. 资料2中，子一代小鼠的基因型都是Avya，为什么却表现出不同的性状？
3. DNA甲基化是指DNA片段上连接了______，该基团连接的数量越多，DNA甲基化程度______，甲基化会______ 基因表达。甲基化______（是/否）改变基因的碱基序列。
4. 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？并以此思考甲基化是否可遗传？是否遵循孟德尔遗传定律？
5. 用流程图梳理：柳穿鱼的花“表观遗传”机理。
6. 用流程图梳理：小鼠毛色“表观遗传”机理（参照上图）。
7. 柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传有什么共同点？
8. 你认为除DNA甲基化外，还有哪些在不改变基因的情况下，也会影响基因的表达呢？
环境
Lcyc基因被_________
Lcyc基因表达
Lcyc基因表达产物___
引起基因修饰
______
导致
辐射对称性花
表型改变
遗传
子代获得被_________ Lcyc基因
高度甲基化
抑制
少
高度甲基化
表观遗传
1. Lcyc 高度甲基化
2. 小鼠毛色改变的原因是Avy基因的甲基化程度不同，导致该基因的表达受到抑制的程度不同，进而影响性状。
3. 甲基基团 越高 抑制 否
4. F1植株具有一个正常的Lcyc基因和一个被高度甲基化的Lcyc基因，故它的花与植株A的相似；F1自交的F2中有些植株具有两个被高度甲基化的Lcyc基因，因此它们的花与植株B的相似。甲基化可以遗传，但不遵循孟德尔的遗传定律。
5.
6.
7. 基因的碱基序列保持不变，但基因的表达受到抑制，因此性状发生改变，而且这种改变可以遗传。
8. 染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰，RNA介导的基因沉默（如miRNA、siRNA、piRNA）。
表观遗传
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。
2. 特点：
（1）基因的碱基序列不变；
（2）可遗传；
（3）普遍存在于生物体生长、发育和衰老的整个生命进程中。
表观遗传
吸烟有害健康吗？
DNA甲基化水平升高、组蛋白受到影响，精子活力下降、精子中甲基化水平明显升高，有害化学物质……
与自己、家人、亲朋好友你会做些什么？
基因与性状之间的复杂关系
基因与性状的关系都是简单的一一对应关系吗？你如何评价基因决定生物体的性状这一观点？
基因通过其表达产物控制生物性状；
表观遗传（调控基因表达水平）；
基因与性状不一定是一一对应关系；
环境对性状造成影响
基因与基因之间、基因与基因表达产物之间、基因与环境之间等都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，精细的调控着生物体的性状。
基因表达产物与性状的关系
分析以下案例，并回答相关问题：
1. 一个蜂群中，工蜂和蜂王都是由受精卵发育而来，但形态、结构、生理和行为截然不同。研究表明，蜜蜂幼虫时期，如果持续被饲喂蜂王浆，则发育成蜂王，如果被饲喂蜂蜜和花粉，则发育成工蜂，而蜂王的DNA甲基化程度低于工蜂。蜂王和工蜂的遗传物质_____（是/否）相同，其性状不同是由于营养条件不同造成____________，进而影响基因_____水平，导致幼蜂朝着不同的方向发育，这属于__________现象。
2. 豌豆种子可以以蔗糖为原料，在淀粉分支酶的作用下合成淀粉。淀粉的吸水能力强，淀粉含量高的豌豆表现为圆粒。豌豆的皱粒种子的DNA中插入了一段外来DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因。据此推测，表现为皱粒的原因是_______________________________________________________________________________________。
3. 遗传学家曾做过这样的实验：果蝇幼虫正常的培养温度为25℃，将刚孵化的残翅果蝇幼虫放在31℃的环境中培养，得到了一些翅长接近正常的果蝇成虫，这些翅长接近正常的果蝇在正常环境温度下产生的后代仍然是残翅果蝇。高温培养残翅果蝇幼虫得到翅长接近正常的果蝇成虫可能是因为温度影响_____活性进而影响翅的发育，这种现象_____（是/否）属于表观遗传。
4. 某种猫的雄性个体有两种毛色：黄色和黑色；而雌性个体有三种毛色:黄色、黑色、黑黄相间。分析发现控制毛色的基因是位于X染色体上的一对等位基因：XO(黄色)和XB(黑色)，雄猫只有一条X染色体，因此，毛色不是黄色就是黑色。而雌猫却出现了黑黄相间的类型。
（1）请填基因型：黄色雄猫______，黑色雄猫______，黄色雌猫______，黑色雌猫______，黑黄相间雌猫______。（2）请从基因表达情况角度分析出现黑黄相间雌猫可能原因是____________________________________________。
基因表达产物与性状的关系
1. 是 DNA甲基化程度 表达 表观遗传
2. 因为豌豆的皱粒种子DNA插入了一段外来的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，蔗糖转化为淀粉的代谢过程受阻，细胞内积累了大量的蔗糖，蔗糖吸水能力差，豌豆种子表现为皱粒。
3. 酶 否
4. （1）XOY XBY XOXO XBXB XO XB
THANKS