4.2 基因表达与性状的关系 教案【新教材】2020-2021学年高一生物人教版（2019）必修二

4.2
基因表达与性状的关系
教案
一、教学目标
1.举例说明，基因通过控制酶的合成或蛋白质的结构控制生物体的性状。
2.说明细胞分化是基因选择性表达的结果。
3.概述生物体的表观遗传现象。
二、教学重难点
1.教学重点
（1）基因表达与性状的关系。
（2）细胞分化的本质是基因的选择性表达。
（3）表观遗传现象。
2.教学难点
表观遗传现象。
教学过程
【导入】：问题探讨：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。
1、这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？
答：基因组成是一样的。
这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的？
答：可能是由叶片所处的环境因素引起的。
【一、基因表达产物与性状的关系】
实例三：
囊性纤维化是北美白种人中常见的一种遗传病，患者支气管被异常的粘液堵塞，常于幼年时死于肺部感染。
病因：CFTR基因缺失了3个碱基→CFTR蛋白结构异常，导致功能异常→患者支气管内黏液增多→黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染。
实例四：镰状细胞贫血
病因：控制血红蛋白形成的
基因中一个碱基对变化→血红蛋白的结构发生变化→红细胞呈镰刀状→红细胞易破裂,患溶血性贫血
结论2：基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。（教材P71黑体字）
归纳总结：基因表达产物与性状的关系
1、基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。
实例一豌豆的圆粒和皱粒、实例二白化病
2、基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
实例三囊性纤维病、实例四镰状细胞贫血
【连接】来自同一个受精卵的细胞为何形态、功能各异？
【二、基因的选择性表达与细胞分化】
思考讨论：分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果（详见课本）
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?
科学家研究发现，细胞中的基因有些表达，有些不表达。在不同类型的细胞中，表达的基因大致可以分为两类：一类是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；
另一类是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。细胞分化的本质就是基因的选择性表达。基因的选择性表达与基因表达的调控有关。(教材P72)
【连接】基因什么时候表达？在哪种细胞中表达？以及表达水平的高低？都是受到调控的，这种调控会直接影响性状。如何调控？
资料1：柳穿鱼的花
柳穿鱼是一种园林花卉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了。科学家将这两个植株作为亲本进行杂交，F1的花与植株a的相似，F1自交的F2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2：实验小鼠的毛色
某种实验小鼠的毛色受一对等位基因Avy和a的控制，Avy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_________________的位点，当这些位点___________时，
Avy基因_________，小鼠表现为黄色；当这些位点_______后，
Avy基因的表达就_________；
这段序列的甲基化程度越高，
Avy基因的表达受到的抑制越_____，小鼠体毛的颜色就越____；
讨论：
上述资料中，柳穿鱼和小鼠性状改变的原因是什么？
柳穿鱼花的形态改变是因为Lcyc基因的部分碱基被高度甲基化，小鼠毛色的改变是因为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。发生在基因或基因前端的甲基化修饰均导致相关基因的表达受到抑制，进而影响性状。
2、分析资料1，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？
F1植株同时含有来自植株A和植株B的Lcyc基因；植株A的Lcyc基因能够表达，表现为显性；植株B的Lcyc基因由于部分碱基被甲基化,基因表达受到抑制，表现为隐性；因此同时含有这两个基因的F1中，花与植株A相似；
?F1自交后，F2中有少部分植株含有两个来自植株B的Lcyc基因，由于该基因的部分碱基被甲基化，表达均受到抑制，因此，这部分植株的花与植株B的相似；
3.资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点？
基因的碱基序列_________，但是部分碱基发生了____________，
______了基因的表达，进而对表型产生了影响；
这种DNA甲基化修饰还可以________，使后代出现同样的表型；
【三、表观遗传】
1.概念：
生物体基因的碱基序列________，但________和_____发生__________的现象；
2.常见的调控机制：DNA甲基化修饰；
相关信息：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；
3.发生时期：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；
4.特点：（1）DNA碱基序列不变；（2）可遗传给后代；
5.实例：（1）柳穿鱼花形遗传
（2）某种小鼠毛色遗传
（3）同卵双胞胎生长发育过程中所具有的差异
（4）蜂王和工蜂的差异
与社会的联系：
吸烟会使人的体细胞内DNA的甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生影响，还有研究发现，吸烟可使男性精子活力下降，精子中DNA的甲基化水平明显升高；
但是若这些不良习惯被消除，这些表观遗传的改变又会逐渐减弱甚至消失；
【四、基因与性状的关系】
基因与性状并不是简单的一一对应的关系，生物性状还会受到环境等条件的影响。
基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间借助复杂的相互作用，形成一个错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。
【课堂小结与随堂练习】略