高中生物人教版必修二4.2基因表达与性状的关系（共30张ppt）

(共30张PPT)
第2节
基因表达与性状的关系
同一株水毛茛，裸露在空气中的叶和浸在水中的叶，表现出了两种不同的形态。
讨论:
1.这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗?
2.
这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的?
问题探讨
一样
可能是由叶片所处的环境因素引起的。
基因和性状不一定是一一对应的关系。
基因指导________的合成，
基因控制生物体的______。
蛋白质是生命活动的______者和______者。
蛋白质
性状
承担
体现
基因如何通过蛋白质控制生物性状呢？
编码淀粉分支
酶的基因正常
淀粉分支酶
有效保水而圆鼓
淀粉含量升高
DNA中插入一段外来DNA序列
打乱了编码淀粉分支酶的基因
淀粉分支酶不能正常合成
淀粉含量降低
,蔗糖含量升高
失水而皱缩
一、基因表达产物与性状的关系
例一：皱粒豌豆的形成机制
根本原因
例二：人的白化症状形成原因
基因通过控制
来
过程,
进而
控制生物体的性状。
间接
酶的合成
结论1：
编码酪氨酸酶的基因异常
酪氨酸酶不能正常合成
酪氨酸不能正常转变为黑色素
缺乏黑色素而表现出白化症状
根本原因
控制代谢
CFTR基因缺失了3个碱基
CFTR转运Cl-功能异常
CFTR第508位缺少
苯丙氨酸，结构异常，
肺功能严重受损
例三：囊性纤维病形成机制
例四：镰刀形细胞贫血症
编码血红蛋白的
基因中一个碱基对变化
血红蛋白的结构发生变化
红细胞成镰刀型
容易破裂，患溶血性贫血
基因通过控制
控制生物体的性状。
蛋白质的结构直接
结论2：
基因
酶或激素
细胞代谢
生物性状
结构蛋白
生物性状
蛋白质
直接控制
间接控制
基因通过控制蛋白质的合成来控制性状。
小结：基因表达产物与性状的关系
二、基因的选择性表达与细胞分化
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
+
+
+
-
-
+
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。
思考·讨论
1、这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？
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？
这3种细胞中合成的蛋白质种类不完全相同，虽然有些蛋白质在所有的细胞中都合成，但也有一些特定功能的蛋白质只在特定的细胞中合成。
细胞中并不是所有的基因都表达，基因的表达存在选择性。
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。
二、基因的选择性表达与细胞分化
1.
细胞分化的“不变”与“变”
①不变
②变
DNA、tRNA、rRNA
细胞的数目
mRNA、蛋白质的种类
细胞的形态、结构和功能
①管家基因：
3.细胞分化的本质：　
2.
表达的基因分类
基因的选择性表达。
　基因的选择性表达与基因表达的调控有关。
在所有细胞中都表达的基因，指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的。如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因；呼吸酶基因。
只在某类细胞中特异性表达的基因。如卵清蛋白基因、胰岛素基因、血红蛋白基因。
②奢侈基因：
A,B两种植株，体内的Lcyc基因的序列相同
植株A：Lcyc基因在开花时表达
植株B：Lcyc基因不表达
植株A
植株B
三、表观遗传
资料一：柳穿鱼花的形态
讨论：柳穿鱼性状改变的原因？
Lcyc基因被高度甲基化
（有多个碱基连接甲基基团）
Lcyc基因
正常
植株A
开花时表达
Lcyc基因
高度
甲基化
植株B
开花时不表达
×
（杂交）
F1
（自交）
F2
讨论：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？
植株A的Lcyc基因在开花时表达,可看成为显性基因,而植株B的该基因不表达,可看成为隐性基因。两植株杂交,F1表现显性性状,F2出现类似性状分离的现象。
小鼠的毛色受一对等位基因控制：
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。
纯种黄色×纯种黑色→F1：基因型为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。
不同颜色的小鼠
资料二：小鼠毛色的遗传
讨论：小鼠性状改变的原因是什么
因为AVY基因的前端有一段影响AVY基因表达的特殊的碱基序列被甲基化修饰，AVY基因表达受到抑制。
在Avy基因的前端有一段特殊的碱基序列决定该基因表达水平，有多个可发生DNA碱基化修饰的位点，当这些位点没有甲基化时，Avy基因正常表达，小鼠表现为黄色；
当这些位点甲基化后，Avy基因的表达就受到抑制。
Avy基因异常:小鼠表现为深黄色。
Avy基因表达受到抑制的小鼠
甲基化程度越高，Avy基因表达受到抑制越明显，小鼠颜色越深。
讨论：资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点？
柳穿鱼Lcyc基因和小鼠Avy基因的碱基序列没有变化，但部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达，进而对表型产生影响。这种DNA甲基化修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表型。
这对你认识基因和性状的关系有什么启示？
两生物体的基因相同,其性状表现也不一定相同,即生物体的性状不完全是由基因决定的。
三、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。
1、概念
2、原因
(
基因的碱基序列保持不变,但部分碱基发生了甲基化修饰,抑制了基因的表达,进而对表型产生影响。
3、特点
①普遍性
没有DNA碱基序列的改变。
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。
通过有丝分裂或减数分裂,能在细胞个体间遗传。
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
③可遗传性
②DNA不变
④可逆性
4、甲基化引起表观遗传的实例
蜂王
工蜂
蜂王和工蜂的差异
同卵双胞胎间的差异
蜜蜂是一种高度社会化的昆虫，尽管蜂王和工蜂的遗传物质相同，但它们在形态特征、行为职能和寿命方面表现出显著的差异。许多研究结果表明，营养因素是造成蜜蜂级型分化现象的主要原因，它可以影响蜂王幼虫和工蜂幼虫体内大量基因和蛋白的差异表达。
什么因素影响DNA的甲基化?
与社会的联系：吸烟会使人体细胞内DNA的甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生影响。男性吸烟者精子中DNA的甲基化水平升高，精子活力下降。
除了DNA甲基化,构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰也会影响基因的表达。
四、基因与性状间的对应关系
(1)基因决定生物性状
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。
基因与性状的关系不是都是简单的线性关系。
(2)生物体的性状还受环境条件的影响。
后天的营养和锻炼等对人的身高也有重要作用。
水毛茛两种类型叶
萝卜不同颜色
一般来说，性状是基因和环境共同作用的结果。
思维训练:请针对出现残翅果蝇的原因提出假说，进行解释。
这个实验说明基因与性状的关系是怎样的？
刚孵化的残翅果蝇幼虫
31℃培养
翅长接近正常的果蝇
残翅果蝇
25℃下培养
它们产生的后代
果蝇翅的发育需要经过酶催化的反应，而酶是在基因控制下合成的，酶的活性受温度、pH等条件的影响。
基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在复杂的相互作用，这种相互作用形成了一个错踪复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。
课堂小结
基
因
对
性
状
的
控
制
1.基因表达产物与性状的关系
（1）基因通过控制____的合成来控制生物代谢过程，进而控制生物性状
（2）基因通过控制_________的结构直接控制生物性状
（3）某种性状可受多个基因控制
（4）性状表现也受生存环境的影响
3.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
酶
蛋白质
2.基因的选择性表达与细胞分化
一、概念检测
1．(1)×　(2)√
2．C
二、拓展应用
练习与应用P75
1.这种说法有一定的道理。基因通常是有遗传效应的DNA片段,DNA上特定的碱基排列顺序、蕴含着一定的遗传信息,可类比成组织者(导演)负责整部作品的呈现:蛋白质是生命活动的主要担者,具体参与细胞的各项生命活动,可类比成执行者(演员):而性状则是生物体表现出来的形态结构、生理和行为等特征的总和,主要是由蛋白质参与完成的,可类比成呈现方式(作品)。当然,打比方总会有比得不合理之处,因此只能说有一定的道理。三者之间的关系是:基因通过控制蛋白质的合成控制生物体的性状。
2.(1)第一,基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系,存在多对基因控制一对性状和一对基因控制多对性状的情形;第二,核基因在染色体上呈线性排列,因此这些基因有可能位于同源染色体上,导致这些基因控制的性状不遵循自由组合定律;第三,某些植物无性生殖,性状传递也不遵循孟德尔遗传规律;第四,个别性状可能是细胞质基因控制或与母本提供的细胞质成分有关。
(2)科学实验必须是可重复的,只有这样才能说明实验的现象和结果是一种必然规律,而不是偶然发生的。科学实验的可重复性包括两方面:第一,实验样本量足够大,在相同实验条件下要有足够的重复观察次数;第二,任何实验结果的可靠性应经得起独立重复实验的考验,重复实验是检查实验结果可靠性的唯一方法。由于生物多样性的存在,不同生物的背景条件隐蔽且不一致(如山柳菊以无性生殖为主)导致生命世界的很多现象具有独特性,不能用统一的定律解释。因此,生命科学实验的可重复性是有一定前提和条件限制的。
3.哺乳动物雌雄个体的体细胞中虽然X染色体数量不同,但X染色体上的基因所表达的蛋白质的量是平衡的,这个过程称为剂量补偿。雌猫比雄多出1条X染色体,由于量补偿效应,在胚胎初期,细胞中的1条X染色体就会随机发生固缩失活,形成巴氏小体,而且发生染色体失活的细胞通过有丝分裂产生的子细胞保留相同的染色体失活状态。
对于基因型为x的雌猫,如果体细胞中携带黑毛基因B的X染色体失活,XB就不能表达,而另一条X染色体上的XO表达,那么由该细胞增殖而来的皮肤上会长出黄色体毛；同理，
如果体细胞中携带黄毛基因O的X染色体失活,则XO不表达,XB表达,由该细胞增殖面来的皮肤上就会长出黑色体毛。因此,基因型为XBXO的雌猫会呈现黑黄相间的毛色。
一、选择题
1．D　2.D
3.
C
4.A
4.C
二、非选择题
复习与提高P78
1．(1)编码这两种蛋白质的基因分别转录出相应的mRNA，在核糖体上翻译出蛋白质。
(2)否　家鸽细胞由于来源于同一个受精卵，故都含有这两个基因，但由于基因的选择性表达，这两个基因只在特定细胞中表达
(3)无法合成有功能的含铁的杆状蛋白质多聚体，可能导致家鸽无法导航，失去方向感,不能准确感应方向　将生长状况相同的家鸽均分为两组，一组设法去除这两个基因，一组不做任何处理，观察两组的行为特点
2．(1)酶①或酶⑤　酶③　因为缺少酶③　尿黑素就不能分解为乙酰乙酸而逐渐积累，产生尿黑酸症。
(2)由这个例子可以看出，白化病等遗传病是由某些缺陷基因引起的，这些基因的产物可能是参与代谢途径的重要的酶。基因可以通过控制酶的合成调控生物体内物质的代谢途径，从而控制生物体的性状。
(3)帮助患儿解决特殊食物问题。