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 课件（29张PPT）

第2节 基因表达与性状的关系
课程要求
核心素养
1．概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成，细胞分化的本质是基因的选择性表达，生物的性状主要通过蛋白质表现。
2．概述某些基因碱基序列不变但基因表达和表型改变的表观遗传现象。
1．生命观念：结合白化病、豌豆皱粒和囊性纤维化产生机理，理解生物的性状是由蛋白质决定的。
2．科学探究：通过分析不同类型细胞中DNA和RNA的检测结果，理解细胞分化的本质是基因的选择性表达。
3．科学思维：结合柳穿鱼花的形态结构和小鼠的毛色的遗传，理解某些基因序列不变但表型改变的表观遗传现象。
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？
基因组成是一样的
2、这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的？
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
基因
蛋白质
性状
一、基因表达产物与性状的关系
控制
体现
控制
思考：基因如何控制生物的性状？
编码淀粉分支酶的基因
指导 合成
DNA中插入了一段外来DNA序列
促使
合成淀粉
引起
编码淀粉分支酶的基因异常
淀粉分支酶不能正常合成
淀粉含量___
不能合成淀粉
_________酶
淀粉含量__高
基因
酶
代谢
过程
生物性状
升
淀粉分支
低
控　制
控　制
控　制
例一：豌豆的圆粒与皱粒
基因通过控制____的合成来控制___________，进而控制生物体的性状。
例二：白化病
控制酪氨酸酶的基因异常
酪氨酸不能正常转化为______
________不能正常合成
缺乏黑色素，表现_______
结论1：
酶
代谢过程
间接控制
酪氨酸酶
黑色素
白化病
基因　
酶
代谢
过程
生物性状
控制
控制
控　制
囊性纤维病
正常气管
囊性纤维化气管
气流大小
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。
CFTR（跨膜）基因缺失了3个碱基
CFTR蛋白结构_____，导致功能_____
患者支气管内黏液增多
黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染
例三：囊性纤维病的发病机理
基因
蛋白质结构
生物性状
异常
异常
基因还能通过控制蛋白质的___________控制生物体的_______
性状
结构
直接
直接控制
结论2：
控制
控制
基因表达产物与性状的关系
归纳总结
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。
例一豌豆的圆粒和皱粒、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。
例三囊性纤维病
性
状
控制
控制
酶的合成
细胞代谢
蛋白质结构
间接
直接
基
因
无论是直接控制还是间接控制，基因都是通过指导蛋白质的
合成来控制性状的。那么来自同一个受精卵的细胞基因相同，
为何形态、功能各异?
二、 基因的选择性表达与细胞分化
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。
分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果
思考·讨论
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}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
+ + +
-
-
+
(1)这三种细胞的基因组成是否相同？它们合成的蛋白质种类是否相同？
这三种细胞都属于同一只鸡的体细胞，是经过有丝分裂而来的，因此基因组成相同，但合成的蛋白质种类不同。
(2)三种细胞中都有卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因，但是都只检测到了一种基因的mRNA，这说明了什么？
说明细胞中并不是所有基因都表达，基因的表达存在选择性。
基因的选择性表达与细胞分化
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。
1.细胞分化的“不变”与“变”
DNA、tRNA、rRNA
①不变
细胞的数目
②变
mRNA、蛋白质的种类
细胞的形态、结构和功能
2. 表达的基因分类
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。
①管家基因
②奢侈基因
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。
3.细胞分化的本质：
　基因的选择性表达与基因表达的调控有关。
基因的选择性表达。
基因什么时候表达
基因在哪种细胞中表达
基因表达水平的高低
调控基因是否表达
调控基因表达多少
都是受到调控的，这种调控会直接影响性状
三、表观遗传
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
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
资料1：柳穿鱼的花
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____；
发生DNA甲基化修饰
没有甲基化
正常表达
甲基化
受到抑制
深
明显
5`
3`
Avy基因
决定基因表达水平的序列
无甲基化
不同程度甲基化
甲基化程度最高
Avy基因不受抑制
黄色鼠
Avy基因高表达
Avy基因受抑制最高
黑色鼠
Avy基因不表达
Avy基因受不同抑制
Avy基因低表达
介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型
1、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。
讨论
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；
没有变化
甲基化修饰
抑制
遗传给后代
1.概念：
生物体基因的碱基序列________，但________和_____发生_________
的现象；
保持不变
基因表达
表型
可遗传变化
2.常见的调控机制：
DNA甲基化修饰；
P74 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；
4.特点:
（1）DNA碱基序列不变；
（2）可遗传给后代；
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；
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
蜂王
工蜂
持续获得蜂王浆
P74 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；
基因通过其表达产物——蛋白质来控制性状；
细胞内的基因表达与否以及表达水平的高低都是受到调控的；
细胞分化的实质是基因选择性表达的结果；
表观遗传能够使生物体在基因的碱基序列不变的情况下发生可遗传的性状改变
小结
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，其中每个基因对身高都有一定的作用。
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
生物的大多数性状是受单基因控制，即一对等位基因控制。
25℃下培养
产生的后代
如后天的营养和体育锻炼等对人的身高也有重要作用。
如刚孵化的残翅果蝇幼虫
31℃下培养
得到了一些翅长接近正常的果蝇成虫
残翅果蝇
2.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而又繁而有序的网络，精细地调控着生物体的性状。