浙科版(2019)必修二 3-5 生物体存在表观遗传现象- 课件(共35张PPT)

(共35张PPT)
第三章
遗传的分子基础
第5节
生物体存在表观遗传现象
生 物 (浙科版)
高中生物必修二
同卵双生的双胞胎虽然具有相同的
DNA碱基序列，却存在许多差异。为 什么
第五节生物体存在表观遗传现象
真核基因
非编码区 编码区 非编码区
3'
5'
终止子
与RNA聚合酶
结合位点
mRNA前体
剪接
成熟的mRNA
外显子
启动子
内含子
转 录
5'
3'
1 表观遗传
表观现象
表观遗传修饰
一、基因序列不变，表型可能改变
任务一：阅读表观遗传实例，初步了解表观遗传
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。
阅读教材P80小资料，了解表观遗传。
我们已经知道，经典遗传学里，那一个个特定顺序的
碱基序列就是决定你我表现型的终极密码——基因。外界 环境和生活习惯，即使会改变我们的表现型，也难以对我 们的后代造成影响。因为，我们确信，基因的序列才能决 定遗传。
然而，越来越多的证据告诉我们，即使基因序列不变，
后代的性状也可能会因父母的习惯而改变。经历大饥荒的 母亲生下出现精神问题概率高的孩子；大吃大喝的祖辈带 来患糖尿病概率高的孩子；抽烟的父亲拥有体重超标概率 高的孩子；是这些孩子的基因改变了吗
不是，另一种遗传学，正在向我们解释这些现象，形
成我们不得不正视的遗传新领域——表观遗传学。
请同学想一想，真对“不同环境条件下，基因选择性表
达是如何实现的”这一问题，你能提出什么假设
作出假设：
环境 可能影响 基因表达 不同 直接决定
DNA的甲基化影响基因的表达
蛋白质 性状
二、改变了的表型有些可以遗传
他方面基本相同。
柳穿鱼花的形态结构与Lcyc基因的表
达直接相关。上图所示的两株柳穿鱼，它
们体内Lcyc基因的序列相同，只是植株A 的
Lcyc基因在开花时表达，植株B的Lcyc基因 不表达。研究表明，植株B的Lcyc基因不表 达的原因是它被高度甲基化(Lcyc 基因有多
个碱基连接甲基基团)了。科学家将这两个植株作为亲本进行杂交，F 的花与植株A的相
似 ，F 自交的F 中绝大部分植株的花与植株A的相似，少部分植株的花与植株B的相似。
[资料1] 柳穿鱼是一种园林花卉。下图所示的两株柳穿鱼，除了花的形态结构不同，其
二、改变了的表型有些可以遗传
植株A
柳穿鱼的花
资料探究
柳穿鱼花的形态结构
植株B
二、改变了的表型有些可以遗传
DNA 的甲基化影响基因的表达
图柳穿鱼的花(两种形态)
辐射对称花
左右对称花
二、改变了的表型有些可以遗传
DNA 的甲基化影响基因的表达
Lcyc基因与该植物花结构相关的重要基因。
(1)检测Lcyc基因的表达情况：
(2)对Lcyc基因测序：
(3)检测Lcyc的甲基化：
柳穿鱼的花
植株B
植株A
DNA甲 基 化
胞嘧啶
鸟嘌呤
5’-甲基胞嘧啶
(5-mC)
5-甲基胞嘧啶
二 、改变了的表型有些可以遗传
DNMT——DNA甲基转移酶
7-甲基鸟嘌呤
C,G岛
甲基化
C,G岛
二 、改变了的表型有些可以遗传
DNA甲 基 化
DNA甲基化示意图
二、改变了的表型有些可以遗传
DNA 的甲基化影响基因的表达
(4)植株A 、B杂 交 ，F 的花与植株A相似，为什么 F 自交的F 中绝大
部分植株的花与植株A相似，少部分植株的花与植株B相似，为什么
获得39株F , 其中 5株与植株B相似
植株A X 植株B
F (花与植株A相似)
自交
柳穿鱼的花
植株B
植株A
二、改变了的表型有些可以遗传
DNA 的甲基化影响基因的表达
(5)柳穿鱼杂交实验中，F 代出现了性状分离，其分离比是否符合孟德
尔的基因分离定律 Lcyc基因的高度甲基化修饰能够遗传吗
植株A X 植株B
F (花与植株A相似)
获得39株F , 其中 5株与植株B相似
植株A
柳穿鱼的花
自交
植株B
二、改变了的表型有些可以遗传
DNA 的甲基化影响基因的表达
(6)柳穿鱼的花遗传有何特点 这对你认识基因和性状之间的关
系有什么启示
获得39株F , 其中 5株与植株B相似
植株A X 植株B
F (花与植株A相似)
植株A
柳穿鱼的花
自交
植株B
二、改变了的表型有些可以遗传
DNA 的甲基化影响基因的表达
(7)依据我们刚刚分析的前面6个问题，请同学试卷用流程图
梳理柳穿鱼的花“表观遗传”机理
导致 Lcyc基因的
表达产物少
表型 改变
辐射对称
型花
遗传
子代获得Lcyc基因 的DNA甲基化修饰
Lcyc基因的DNA
甲基化程度高
Lcyc基因
的表达
引起基因 发生修饰
表型改变
环境
抑制
[资料2]某种实验小鼠的毛色受一对等位基因AWY和a 的控制，AW为显性基因，表现为黄
色体毛，a 为隐性基因，表现为黑色体毛。将纯种黄色体
毛的小鼠与纯种黑色体毛的小鼠杂交，子一代小鼠的基因
型都是AVYa,却表现出不同的毛色：介于黄色和黑色之间的
一系列过渡类型。研究表明，在AVY基因的前端(或称“
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
表现出不同毛色的A7a小鼠
点。当这些位点没有甲基化时，AY基因正常表达，小鼠表现为黄色；当这些位点甲基化
后，AY 基因的表达就受到抑制。这段碱基序列的甲基化程度越高，AY基因的表达受到的 抑制越明显，小鼠体毛的颜色就越深。
二、改变了的表型有些可以遗传
资料探究
小鼠毛色的遗传
图2中的A(AW 的简写)基因小鼠毛
色遗传相关的重要基因，在Avy基因的
上游a序列决定该基因的表达水平。
(1)Avy 基因的表达不同的原因是：
二、改变了的表型有些可以遗传
不同的表观遗传机制影响基因的表达
(2)对子一代三种毛色小鼠(基因
型Ava) 的Avy基因测序：
a序列
甲基
a序列
甲 基
图2 DNA甲基化水平影响基因表达
A 基因表达被部分抑制，带状或中间色毛
A 基因表达被完全关闭，黑色毛
A 基因持续表达，黄色毛
a序列
000
A基因
A基因
A基因
(3)子一代小鼠毛色发生变化。
说明了什么问题
(4)DNA 甲基化对小鼠毛色的影
响，在小鼠后代中仍然出现。这对 你认识基因和性状之间的关系有什 么启示
二、改变了的表型有些可以遗传
DNA 的甲基化影响基因的表达
a序列
甲基
a序列
甲基
a序列
00
A基因
A基因
A基因
图2 DNA 甲基化水平影响基因表达
A 基因表达被部分抑制，带状或中间色毛
A 基因表达被完全关闭，黑色毛
A 基因持续表达，黄色毛
二 、改变了的表型有些可以遗传
DNA 的甲基化影响基因的表达
(5)用流程图梳理：小鼠毛色“表观遗传”机理。
导致 Ay 基因的
表达产物少 表型
改变
体毛介于黄色、 黑色之间
遗传
子代获得AV 基因的 DNA甲基化修饰
AY基因DNA甲 基化程度高
Av 基因 的表达
引起基因 发生修饰
表型改变
环境
抑制
结论：生物体基因的碱基序列保持不变，但基因发生了DNA 甲
基化修饰，甲基化的DNA 使基因表达(基因选择性表达转录的 调控)和表型发生可遗传的变化。
柳穿鱼花的Lcyc基因
部分碱基发生了 甲基化修饰
小鼠毛色的Av 基因
自变量
二、改变了的表型有些可以遗传
小结
综合资料1和资料2来看：
后代出现同 样的表型
性状不同
(表现遗传现象)
基因表达不同
碱基序列相同
因变量
遗传
二、改变了的表型有些可以遗传
DNA 的甲基化影响基因的表达
任务二：分析下图，从分子水平理解“甲基化修饰能够遗传给下一代”
A T G C G T A C T
T A c G C A T G A
A T G C G T A C T
T A c G c A T G A
DNA甲基化转移酶
DNMT
甲基化维持
5-mC
5-mC
二、改变了的表型有些可以遗传
DNA 的甲基化影响基因的表达
任务三：分析下图，理解“DNA分子甲基化后，调节了基因的表达”。
二核苷酸 -甲基化CpG二核苷酸
CpG岛
正常细胞
基因正常表达
A
A
转录因子
癌症细胞
基因沉默
C
CpG岛
启动子
启动子
D D
(1)可遗传的，即这类改变通过有丝分裂或减数分裂能
在细胞或个体世代间遗传；
(2)是基因表达的改变；
(3)DNA 序列不变，或不能用DNA序列变化来解释。
二 、改变了的表型有些可以遗传
DNA 甲基化的特点
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
染色体
染色质激活
成熟蛋白质
图 真核生物基因表达的多层次复杂调控
双链DNA
hnRNAm
mRNA
未折叠蛋白质
转录起始
转录后加工
修饰及转运
翻译起始
翻译后加工修饰
二 、改变了的表型有些可以遗传
基因表达过程 中的可调控点
基因表达 过程中的 阶段产物
染色质
表观遗传因子
组蛋白
组蛋白尾状物
染色体
想一想：除了DNA甲基化外，高度分化的体细胞在分裂的过程中，是如何
让子代细胞能够继承亲代细胞的各种表观遗传标记呢
组蛋白的乙酰化影响基因的表达
甲基
DNA
二、改变了的表型有些可以遗传
图 染 色 质 中DNA缠绕组蛋白
染色质
表观遗传因子
组蛋白
组蛋白尾状物
染色体一
组蛋白的乙酰化影响基因的表达
甲基
二、改变了的表型有些可以遗传
DNA
组蛋白的乙酰化影响基因的表达
二、改变了的表型有些可以遗传
DNA 从组蛋白松脱， 基因可以表达
DNA 紧绕组蛋白， 基因无法表达
DNA带“-”电，组蛋白尾巴带“+”电
表观遗传修饰
组蛋白尾巴
组蛋白尾
赖氨酸
赖氨酸
组蛋白
基因
维 图1核小 核心ONA 孺白八段体 M1组蛋白 串珠结构 螺线管 体 装 配 与 染 色 质 甲 基 化 的 D N A 转录因子 转录关闭 脱去乙酰基： “关闭”核小体
30mm螺线管纤 未 甲 基 化 的 D N A 甲基化 乙酰化
组蛋白乙 酰化酶 乙酰化： “打开”组蛋白 组蛋白去 乙酰转移 酶 转录开启
转录 图 2 组 蛋 白 乙 酰 化 与 转 录
图3组蛋白乙酰化与去乙酰化
组蛋白及组蛋白的乙酰化影响基因的表达
二 、改变了的表型有些可以遗传
抚养条件对幼崽(遗传
背景完全相同)应激反应的 影响。
有人认为这是表观遗传
现象，你是如何理解的
组蛋白的乙酰化影响基因的表达
二、改变了的表型有些可以遗传
“不负责任” 母鼠抚养幼鼠
“负责任”母 鼠抚养幼鼠
敏感、紧张
安静、放松
“不负责任”
母鼠抚养幼鼠
幼鼠“海马区”皮 质醇受体基因的启 动子碱基结构正常
幼鼠“海马区”皮 质醇受体基因的启 动子高度甲化
幼鼠皮质醇 受体基因正 常表达
幼鼠皮质醇
受体基因表 达被抑制
“负责任
母鼠抚养 幼鼠
“不负责 任”母鼠 抚养幼鼠
幼鼠皮质 醇受体数 量正常
幼鼠皮质 醇受体数 量减少
幼鼠皮质 醇含量少
幼鼠皮质 醇含量高
组蛋白的乙酰化影响基因的表达
鼠安静 放松
鼠敏感 紧张
二 、改变了的表型有些可以遗传
“负责任”母 鼠抚养幼鼠
二 、改变了的表型有些可以遗传
不同的表观遗传机制影响基因表达
DNA甲基化
胞嘧啶
甲基化
环境
直接决定 蛋 白 质(不同)
甲基化、乙 酰化等影响
基因表达
性状
组蛋白翻译后修饰
不同
染色体
核小体
影响表观遗传机制的因素和过程有：
●发育(在子宫、幼年)
环境化学物
药物
老化
饮食
核染色质
DNA可以被RNA聚合酶等接近， 基因活跃(活化)
组蛋白修饰
表观遗传因子与组蛋白“尾巴”的结合改变了DNA被 组蛋白包裹的程度以及DNA中基因被激活的可能性。
DNA
甲基(在饮食来源中发现的一个表观遗传因 子)可以标记DNA分子，激活或抑制基因
影响表观遗传机制的因素和过程
二 、改变了的表型有些可以遗传
对健康不利的因素 癌症
白身免疫疾病
精神障碍
糖尿病
表观遗传因子
组蛋白
DNA难以接近，基因不活跃(活化)
甲基化因子
染色体
组蛋白指的是DNA缠绕上以后，缩 紧DNA, 从而调控基因。
组蛋白尾巴
组蛋白尾巴
基因
基因和环境共同作用决定表型
二、改变了的表型有些可以遗传
发生
基因
引起
环境
环境引起基 因发生修饰
影响 表达 并改变
表观修饰
表现型
表现型
基因
环境