4.2基因表达与性状的关系 课件（共24张PPT1份视频）

(共24张PPT)
基因表达与生物性状的关系
年 级：高一年级
学 科：高中生物学（人教版）
关键问题3：表观遗传修饰是如何调控基因表达？
资料1：柳穿鱼花的形态结构的遗传
植株A
花两侧对称（野生型）
花辐射对称（突变型）
植株B
Lcyc基因
Lcyc基因
思考与讨论：
①在豌豆高茎/矮茎的遗传中，控制高茎和矮茎的是一对等位基因A/a，等位基因其遗传信息有何区别？
②突变型植株Lcyc基因也是隐性基因吗？我们需要检测突变型Lcyc基因的哪个方面？
关键问题3：表观遗传修饰是如何调控基因表达？
资料2：突变型Lcyc基因测序结果在基因编码区未检测到改变的碱基。
Pilar Cubas，Coral Vincent & Enrico Coen：An epigenetic mutation responsible for natural variation in floral symmetry. Nature，1999：157-161.
思考与讨论：
③Lcyc基因在野生型与突变型中碱基序列一致，那为什么出现的表型不一样？
关键问题3：表观遗传修饰是如何调控基因表达？
注：深色部分代表野生型Lcyc基因发生了转录
资料3：野生型和突变型不同发育阶段Lcyc基因表达情况的检测中发现，突变型任何发育阶段均没有Lcyc基因的转录。
资料4：为了进一步探究野生型与突变型Lcyc基因表达差异的原因，科学家用酶切法结合电泳，发现突变型Lcyc基因 PstⅠ识别序列中的胞嘧啶处发生了甲基化修饰。
Pilar Cubas，Coral Vincent & Enrico Coen：An epigenetic mutation responsible for natural variation in floral symmetry. Nature，1999：157-161.
关键问题3：表观遗传修饰是如何调控基因表达？
DNMT
DNMT
CPG岛
完全甲基化
CPG岛
DNMT
（注 DNMT——DNA甲基转移酶）
DNA甲基化：主要发生在胞嘧啶或鸟嘌呤上，当碱基序列超过200个碱基对，同时GC含量超过50%以上时，被称为CpG岛（CG二核苷酸对）；当对称的C都被甲基化修饰时，称之为完全甲基化CpG岛。
关键问题3：表观遗传修饰是如何调控基因表达？
思考与讨论：基因在发生转录时，RNA聚合酶等系列蛋白会发生互作形成转录复合体，结合到基因上游的相应区域（启动子），开启基因的转录，观察下图，从结构与功能相适应角度推测甲基化修饰后基因表达会受到什么影响？
关键问题3：表观遗传修饰是如何调控基因表达？
关键问题3：表观遗传修饰是如何调控基因表达？
★甲基化的Lcyc的基因
可遗传并控制生物的性状
资料5：小鼠毛色受到Avy和a的控制，Avy是显性基因，表现为黄色体毛；a为隐性基因，表现为黑色体毛。
P
AvyAvy
aa
F1
Avya（一系列过渡色）
（黄毛）
（黑毛）
×
过渡类型（称“伪黑色、斑驳色和黄色”）
关键问题3：表观遗传修饰是如何调控基因表达？
研究发现：在Avy基因的“上游”有一段特殊的碱基序列决定着该基因的表达水平，这段碱基序列具有多个可发生DNA甲基化修饰的位点。
模型模拟：结合基因模式图，用拉链模拟基因、长尾夹模拟甲基化位点，建构小鼠Avy基因不同程度甲基化模型，用拉链头模拟RNA聚合酶移动，动态演示不同程度DNA甲基化对转录的影响及小鼠毛色情况。
关键问题3：表观遗传修饰是如何调控基因表达？
Avy基因编码区
无甲基化，基因正常表达，黄色
部分甲基化，基因表达受抑制，毛色加深
甲基化程度高，基因表达被抑制更明显
毛色更深
Avy基因编码区
Avy基因编码区
甲基
甲基
上游
上游
上游
F1个体不同程度DNA甲基化对转录的影响及小鼠毛色情况
关键问题3：表观遗传修饰是如何调控基因表达？
资料6：F1个体Avya不同表现型个体的测交（正反交）实验结果；展示子代总数（n）及表现为伪黑色、斑驳色和黄色个体的比例
关键问题3：表观遗传修饰是如何调控基因表达？
F1 正交Avya♂×aa♀（略）
F1 反交Avya♀×aa♂（略）
（n为子代个体数；系谱图省略亲子代中基因型为aa的个体）
关键问题3：表观遗传修饰是如何调控基因表达？
基因的碱基序列保持不变
基因表达改变
表型变化
可遗传
不变
不变
√
√
关键问题3：表观遗传修饰是如何调控基因表达？
改变
改变
改变
改变
√
√
仔细观看视频，思考DNA甲基化、组蛋白甲基化、组蛋白 乙酰基化、microRNA在基因表达的哪个环节中起作用？ 可能起什么作用？
关键问题3：表观遗传修饰是如何调控基因表达？
②DNA甲基化修饰
(主要抑制转录)
①染色体组蛋白甲基化、乙酰化等
③非编码RNA干扰（例如miRNA）
(主要抑制翻译)
(一般促进转录)
(一般抑制转录)
关键问题3：表观遗传修饰是如何调控基因表达？
基因表达
何时表达？
在哪些细胞中表达？
表达程度如何？
受到调控
表观遗传普遍存在于生物体的生长、发育等整个生命活动过程中
关键问题4：表观遗传修饰是如何产生的？
表观遗传学调控机制对我们的生活有什么启示？
资料7：将几乎没有遗传和表型差异的孕有Avya的小鼠aa，分成2组，一组饲料添加了VC,胆碱，叶酸，甜菜碱等可以促进DNA甲基化的食物，其仔鼠( Avya) 毛色出现多样化的棕色斑块，甚至棕褐色为主; 而饲以普通饲料的孕鼠后代( Avya) 毛色为黄色。
资料8：研究表明，吸烟使人体细胞内DNA甲基化水平升高，组蛋白也受影响。男性精子中DNA的甲基化水平明显升高。
环境
表观遗传修饰
诱发
营养
吸烟
肥胖……
关键问题4：表观遗传修饰是如何产生的？
表观遗传学调控机制对我们的生活有什么启示？
图式建构，应用迁移
活动：在已有概念图的基础上利用关键词“选择性表达”、“表观修饰”、“环境因素”、“DNA甲基化”、“组蛋白 乙酰基化、甲基化”等关键词建构概念图式
基因
RNA
蛋白质
(DNA)
转录
翻译
体现
生物性状
环境因素
基因选择性表达
表观修饰
DNA甲基化
组蛋白甲基化
组蛋白乙酰基化
microRNA
……
调 控
影响
酶
细胞代谢
结构
水稻Ghd7基因
开花调控
控制
生长发育
水毛茛
产 量
示例1：一因多效
示例2：基因和环境相互作用共同决定生物的表型
基因与性状的关系并不是一一对应，基因、性状、环境之间有非常复杂与相互作用，基因、环境共同控制生物体多样的性状表现。
此癌症药物的设计思路？
癌症的发生也与原癌基因和抑癌基因的表观修饰导致的表达失衡引起细胞周期节律异常有关。
同卵双胞胎，一人患乳腺癌，科学见检测了抑癌基因BRCA1，研究发现这对同卵双胞胎的BRCA1基因序列虽然一样，但其蛋白质的表达量差异比较大，患有乳腺癌的BRCA1蛋白量明显低于正常人。该乳腺癌患者的BRCA1基因启动子被过度甲基化。
美国药监局已经批准了两个抑制甲基转移酶DNMT1的药物作为抗癌药用于临床。它们是5-阿扎胞苷（商品名：维达扎，Vidaza）和2-氮杂-5’-脱氧胞苷（商品名：达珂，Dacogen）