第4章基因的表達(dá)第2節(jié)基因表達(dá)與性狀的關(guān)系高中生物人教版(2019)必修二遺傳與進(jìn)化同一株水毛莨，裸露在空氣中的葉和浸在水中的葉，表現(xiàn)出了兩種不同的形態(tài)。1.這兩種形態(tài)的葉，其細(xì)胞的基因組成一樣嗎?2.這兩種葉形的差異，可能是由什么因素引起的?環(huán)境因素有絲分裂

葉呈扁平狀與絲狀(基因組成相同

)問(wèn)題探討受精卵淀粉分支酶正常合成

酶

淀粉分支酶異常，活性降低淀粉合成正常，含量增加

代謝過(guò)程

淀粉合成受阻，含量降低淀粉含量高，有效保持水分

性狀

淀粉含量低的豌豆由于失水而

皺

縮皺粒打亂了編碼淀粉分支酶的基因編碼淀粉分支酶的基因正常

基因?qū)嵗?:豌豆的圓粒與皺粒一、基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系編碼淀粉分支酶的基因外圓粒插入來(lái)DNA一、基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系實(shí)例2:人的白化病正常人：皮膚顏色正常，毛發(fā)為深色控制酪氨酸酶的基因正常酪氨酸酶合成酪氨酸能轉(zhuǎn)化為黑色素含有黑色素表現(xiàn)正常白化病人：皮膚、毛發(fā)為淡白色控制酪氨酸酶的基因異常酪氨酸酶不能正常合成酪氨酸不能正常轉(zhuǎn)化為黑色素缺乏黑色素而表現(xiàn)為白化病基因酶代謝過(guò)程性狀一、基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系實(shí)例1:豌豆的圓粒與皺粒

實(shí)例2:人的白化病結(jié)論1:基因通過(guò)控制

酶

的合成來(lái)控制代謝過(guò)程

，進(jìn)而控制生物體的性狀。

間接控制例三：囊性纖維化的發(fā)病機(jī)理CFTR

(跨膜)基因缺失了3個(gè)堿基CFTR蛋白結(jié)構(gòu)異常，導(dǎo)致功能異?；颊咧夤軆?nèi)黏液增多黏液清除困難，細(xì)菌繁殖，肺部感染結(jié)論2:基因還能通過(guò)控制蛋白質(zhì)的

結(jié)構(gòu)

而

直

接控制生物體的

性狀

。直接控制基因控制蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)控

制生物性狀一、基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系A(chǔ)TP

。

H?O

正常功能的

CFTR

蛋白稀薄的黏液

氯離子粘稠的分泌

物不斷積累異常關(guān)閉的

CFTR

蛋白小結(jié)：基因的表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系1.間接控制途徑基因通過(guò)控制

酶的合成

來(lái)控制

代謝過(guò)程

，

進(jìn)而控制生物體的性狀例如：豌豆的圓粒和皺粒、白化病等2.直接控制途徑基因還能通過(guò)控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)

來(lái)

直接

控制生物體的性狀

例如：囊性纖維化、鐮刀型細(xì)胞貧血癥等一、基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系平滑肌骨細(xì)胞

細(xì)胞脂肪細(xì)胞同一生物體中不同類(lèi)型的細(xì)胞，基因都是相同的，而形態(tài)、結(jié)

構(gòu)和功能卻各不相同，這是為

什么呢?二基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化神經(jīng)細(xì)胞纖維原細(xì)胞小腸上皮細(xì)胞橫紋肌細(xì)胞紅細(xì)胞檢測(cè)的3種細(xì)胞卵清蛋白基因、珠蛋

白基因、胰島素基因卵清蛋白mRNA珠蛋白mRNA胰島素mRNA輸卵管細(xì)胞十

+

+十一紅細(xì)胞十

+

+一十一胰島細(xì)胞十

+

十一一十1.這3種細(xì)胞中合成的蛋白質(zhì)種類(lèi)有什么差別?3種基因轉(zhuǎn)錄的mRNA分別出現(xiàn)在3種細(xì)胞中，表明每種細(xì)胞只合成3種蛋白質(zhì)中的一種，因此這3種細(xì)胞中合成的蛋白質(zhì)種類(lèi)不完全相同。二基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化思考

·

討論：分析不同類(lèi)型細(xì)胞中DNA和RNA的檢測(cè)結(jié)果檢測(cè)的3種細(xì)胞卵清蛋白基因、珠蛋

白基因、胰島素基因卵清蛋白mRNA珠蛋白mRNA胰島素mRNA輸卵管細(xì)胞十

+

+十一紅細(xì)胞十

+

+一十一胰島細(xì)胞十

+

十一一十2.3種細(xì)胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰島素基因，但只檢測(cè)到了其中一種基因的mRNA

證明事實(shí)說(shuō)明了什么?這一事實(shí)說(shuō)明細(xì)胞中并不是所有的基因都表達(dá)，基因的表達(dá)存在選擇性。二基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化思考

·

討論：分析不同類(lèi)型細(xì)胞中DNA和RNA的檢測(cè)結(jié)果二基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化1.

表達(dá)的基因分類(lèi)①管家基因在所有細(xì)胞中都表達(dá)的基因。(如核糖體蛋白基因、

ATP合成酶基因、呼吸酶基因。)

基因

②奢侈基因

ABCDE只在某類(lèi)細(xì)胞中特異性表達(dá)的基因。(如卵清蛋白基因、胰島素基因、

血紅蛋白基因

。

)ABCDEA

BCDE□A

BCDE□上皮細(xì)胞肌肉細(xì)胞神經(jīng)細(xì)胞骨細(xì)胞□未表達(dá)ABCDE□

表達(dá)u00二基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化2.細(xì)胞分化細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果，即在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，不同種類(lèi)細(xì)胞中遺傳信息的表達(dá)情況不同。DNA、tRNA、rRNA細(xì)胞的數(shù)目mRNA、

蛋白質(zhì)的種類(lèi)細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能MU0

上皮細(xì)胞肌肉細(xì)胞神經(jīng)細(xì)胞骨細(xì)胞基因在何時(shí)表達(dá)?在什么細(xì)胞中表達(dá)?表達(dá)水平的高低是如何調(diào)節(jié)的?ABC

DEABCDE|A

BCDE[ABCDE□①不變②

變基恩ABCDE□未表達(dá)

■

表達(dá)三、表觀遺傳資料1:柳穿魚(yú)花的形態(tài)結(jié)構(gòu)與Lcyc

基因的表達(dá)直接相關(guān)。上圖所示的兩株柳穿魚(yú)，它們

體

內(nèi)Lcyc

基因的序列相同，只是植株A的Lcyc基因在開(kāi)花時(shí)表達(dá)，植株B的Lcyc

基因不表達(dá)。研究表明，植株B的Lcyc

基因不表達(dá)的原因是它被高度甲基化(Lcyc

基因有多個(gè)堿基連接植物A(左右對(duì)稱(chēng))

甲基基團(tuán))了。

植物B(輻射對(duì)稱(chēng))植物ALcyc基因甲基化程度低Lcyc基因表達(dá)左右對(duì)稱(chēng)花植物BLcyc基因甲基化程度高Lcyc基因不表達(dá)輻射對(duì)稱(chēng)花P:

F?:

F?:說(shuō)明DNA甲基化能通過(guò)生殖細(xì)胞遺傳給下一代植株A大部分與A相似，少部分與B相似植株B植株A植株B三、表觀遺傳花與A相似Y入研究表明，在AVy基因的前端(或稱(chēng)上游)有

一

段特

殊的堿基序列決定著該基因的表達(dá)水平，這段堿基

序列具有多個(gè)可發(fā)生DNA甲基化修飾的位點(diǎn)，當(dāng)這些

位點(diǎn)

沒(méi)有甲基化時(shí)

，

AV

基因正常表達(dá)，小鼠表

現(xiàn)為黃色；當(dāng)這些位點(diǎn)

甲基化

后

，A

基因的表達(dá)

就

受

到

抑

制；這段序列的甲基化程度越高，

A基

因的表達(dá)受到的抑制越

明顯

，小鼠體毛的顏色就越

深；三、表觀遺傳資料2:某種實(shí)驗(yàn)小鼠的毛色受一對(duì)等位基因Avy

和a的

控

制

，Avy為顯性基因，表現(xiàn)為黃色體毛，

a為隱性基因，表現(xiàn)為黑色體毛。將純種黃色體毛的小鼠與純

種黑色體毛的小鼠雜交，子一代小鼠的基因型都是Avya,卻表現(xiàn)出不同的毛色：小鼠性狀改變的原因是什么?介于黃色和黑色之間的一系列過(guò)渡類(lèi)型。三、表觀遺傳1.表觀遺傳的概念：生物體基因的堿基序列保持不變，

但基因表達(dá)和表型發(fā)生可遺傳變

化的現(xiàn)象，叫作表觀遺傳2.表觀遺傳形成的原因①DNA

的甲基化②構(gòu)成染色體的組蛋白發(fā)生甲基化、乙?；?.表觀遺傳普遍存在，例如：①同卵雙胞胎的微小差異②蜂群中蜂王和工蜂三、表觀遺傳4.表觀遺傳的特點(diǎn)①可遺傳性：即這類(lèi)改變通過(guò)有絲分裂或減數(shù)分裂，能在細(xì)胞個(gè)體間遺

傳。②可逆性：如甲基化時(shí)，可影響基因的表達(dá)；去甲基化時(shí)，可恢復(fù)基因

的表達(dá)。③DNA堿基序列不發(fā)生改變。三、表觀遺傳與社會(huì)的關(guān)系有研究表明：吸煙會(huì)使人的體細(xì)胞內(nèi)DNA

的甲基化水平升高，對(duì)染色體上的組蛋白也會(huì)產(chǎn)生影響。不僅如此，還有研究發(fā)現(xiàn)男性吸煙者的精

子活力下降，精子中DNA

的甲基化水平明顯升高，請(qǐng)查閱相關(guān)資料，結(jié)

合表觀遺傳、煙草煙霧中含有的化學(xué)物質(zhì)及其危害等知識(shí)，向親友和

周?chē)巳荷钊胄麄鹘錈煹牡览怼Ｈ⒈碛^遺傳綜上所述①基因通過(guò)其表達(dá)產(chǎn)物

—

—蛋白質(zhì)來(lái)控制性狀；②細(xì)胞內(nèi)的基因表達(dá)與否以及表達(dá)水平的高低都是受到調(diào)控的

；③細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果；④表觀遺傳能夠使生物體在基因的堿基序列不變的情況下發(fā)生

可遺傳的性狀改變。四、基因與性狀的關(guān)系1.基因決定生物性狀①一個(gè)基因.控制

一種性狀

基因的特異性(

一

因

一

效)②一個(gè)基因

·

控制

多種性狀

基因的多效性(

一

因多效)水稻中的Ghd7

基因編碼的蛋白質(zhì)不僅參與了開(kāi)花的調(diào)控，而且對(duì)水稻的生長(zhǎng)、發(fā)育和產(chǎn)量都有重要作用。③多個(gè)基因.控

制

一種性狀

多基因效應(yīng)(多因

一

效)人的身高是由多個(gè)基因決定的，其中每個(gè)基因?qū)ι砀叨加幸欢ǖ淖饔谩；蚺c性狀之間并不是簡(jiǎn)單的——對(duì)應(yīng)的關(guān)系四、基因與性狀的關(guān)系2.生物性狀還會(huì)受到環(huán)境等條件的影響如后天的營(yíng)養(yǎng)和體育鍛煉等對(duì)人的身高也有重要作用。表型=基因型+環(huán)境得到了

一

些翅長(zhǎng)接近正常的

果蠅成蟲(chóng)如剛孵化的

殘

翅

果

蠅幼蟲(chóng)25℃下培養(yǎng)它們產(chǎn)生的后代→

殘翅果蠅31℃下培養(yǎng)四、基因與性狀的關(guān)系基因與基因、基因與基因表達(dá)產(chǎn)物、基因與環(huán)境之間相互作用，形成錯(cuò)綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，精細(xì)地調(diào)控著生物的性狀?；虻谋磉_(dá)過(guò)程中或表達(dá)后

的蛋白質(zhì)也可能受到環(huán)境因素的影響，基因和環(huán)境相互作用共同決定

生物的表型。影響環(huán)境酶的合成直接蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)不變

表觀遺傳

改課堂小結(jié)控制控制性

狀細(xì)胞代謝基

因間接變思維訓(xùn)練提出假說(shuō)遺傳學(xué)家曾做過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)：果蠅幼蟲(chóng)正常的培養(yǎng)溫度為25℃,將剛孵化的殘翅果蠅幼蟲(chóng)放

在31℃的環(huán)境中培養(yǎng)，得到了一些翅長(zhǎng)接近正

常的果蠅成蟲(chóng)，這些翅長(zhǎng)接近正常的果蠅在正

常環(huán)境溫度下產(chǎn)生的后代仍然是殘翅果蠅。請(qǐng)

針對(duì)高溫培養(yǎng)殘翅果蠅幼蟲(chóng)得到翅長(zhǎng)接近正常

的果蠅成蟲(chóng)的原因提出假說(shuō)，進(jìn)行解釋。①果蠅翅的發(fā)育是經(jīng)過(guò)酶催化的反應(yīng)②酶是在基因控制下合成的酶的活性受溫度、

pH等條件的影響殘翅果蠅幼蟲(chóng)25℃培養(yǎng)

31℃培養(yǎng)翅長(zhǎng)接近正常的果蠅殘翅果蠅鐮狀紅細(xì)胞A.基因1和基因2一般不會(huì)出現(xiàn)在人體內(nèi)的同一個(gè)細(xì)胞中B.

圖中過(guò)程①需要RNA聚合酶的催化，過(guò)程②不需要tRNA的協(xié)助C.

過(guò)程④⑤的結(jié)果存在差異的根本原因是血紅蛋白結(jié)構(gòu)的不同D.

過(guò)程①②③表明基因通過(guò)控制酶的合成來(lái)控制代謝過(guò)程，進(jìn)而控制生物體的性狀隨堂練習(xí)1.如圖為人體內(nèi)基因?qū)π誀畹目刂七^(guò)程，據(jù)圖分析，下列相關(guān)敘述正確的是(B)2.

(多選)生物表觀遺傳與基因中部分胞嘧啶被甲基化后轉(zhuǎn)變成5-甲基胞嘧啶，導(dǎo)致相應(yīng)的基因不能轉(zhuǎn)錄而失