1、2020-2021學年高一下學期生物人教版必修二-42020-2021學年高一下學期生物人教版必修二-4基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳橘生淮南則為橘，生于淮北則為枳，葉徒相似，其實味不同。所以然者何，水土異也。同一株水毛茛，裸露在空氣中的葉和浸在水中的葉，表現出了兩種不同的形態。 ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳環境條件生物的性狀直接影響？轉錄體現翻譯蛋白質基因RNA生物的性狀間接影響？如何體現 ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關

2、系基因選擇性表達與基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳【資料一】：豌豆是圓粒還是皺粒與細胞內的淀粉含量密切相關。淀粉含量高的豌豆在成熟時能有效保留水分而變得飽滿，淀粉含量低的豌豆由于失水而皺縮。從基因層面上看，皺粒豌豆淀粉含量降低的原因是DNA上插入了一段外來的DNA序列，打亂了編碼淀粉分支酶的基因，導致淀粉分支酶異常，淀粉含量降低。【資料二】：人的白化癥狀是由于編碼酪氨酸的基因異常引起的，酪氨酸酶存在于正常人的皮膚、毛發等處，它能將酪氨酸轉化為黑色素，如果一個人由于基因異常而缺少酪氨酸酶，那將不能合成黑色素，從而表現出白化的癥狀。 ： 基因表達與性狀的

3、關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳【資料三】：囊性纖維化是北美白種人中一種常見的遺傳病，大約70%的囊性纖維化患者中編碼CFTR轉運蛋白的基因缺失了3個堿基，導致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，其空間結構發生改變，使CFTR轉運氯離子的功能出現異常，導致患者支氣管中粘液增多，管腔受阻，細菌在肺部大量生長繁殖，最終使肺功能嚴重受損。【資料四】：鐮狀細胞貧血是一種遺傳病，正常人的紅細胞是中央微凹的圓餅狀而患者的紅細胞卻是彎曲的鐮刀狀，這樣的紅細胞易破裂，使人患溶血性貧血，嚴重時會導致死亡。研究發現患者血紅蛋

4、白基因的堿基序列發生了改變，導致肽鏈上氨基酸的發生了替換，血紅蛋白發生改變。 ： ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳分析資料，回答以下問題：請嘗試使用流程圖來表示：基因基因表達產物生物性狀，三者之間的關系。囊性纖維化和鐮狀細胞貧血的根本病因是什么？是什么原因導致酪氨酸酶缺乏而患白化病？皺粒豌豆的形成機制是什么？分析上述資料并思考：基因控制生物體的性狀有哪幾種基本方式？ ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達

5、與細胞分化表觀遺傳一、基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀編碼淀粉分支酶的基因被插入DNA序列打亂淀粉分支酶異常，活性降低淀粉合成受阻，含量降低淀粉含量低的豆豌豆由于失水而皺縮酪氨酸酶的基因酪氨酸酶mRNA酪氨酸中間產物黑色素轉錄翻譯 ： ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳二、基因通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀CFTR基因缺失3個堿基CFTR蛋白結構異常，運輸Cl-功能異常患者支氣管黏液增多黏液清除困難，細菌繁殖，肺部感染血紅蛋白基因堿基序列發生改變血紅蛋白蛋

6、白結構異常紅細胞形狀變為鐮刀狀，易破裂使人患溶血性貧血，多在幼年期死亡 ： ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳轉錄作為酶來控制代謝過程翻譯蛋白質基因RNA性狀蛋白質直接參與生命活動間接控制：基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀；直接控制：基因通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀； ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳【資料五】20世紀初期，科學家發現將酵母菌培養在

7、含有乳糖的培養基中，酵母菌細胞內能夠產生分解乳糖的酶：-半乳糖苷酶；如果把酵母菌轉移到不含乳糖的培養基中，該酶就會消失。也就是說酵母菌只有在某種底物存在時才產生相應的酶。當缺乏乳糖時，編碼-半乳糖苷酶的基因消失了嗎？酵母菌產生-半乳糖苷酶的條件是什么？資料五說明了什么問題？酵母菌-半乳糖苷酶培養基添加乳糖大量合成-半乳糖苷酶培養基去掉乳糖培養基再添加乳糖停止合成-半乳糖苷酶酵母菌通過對基因表達的調控，使得細胞在特定的時間和空間產生相應的蛋白質。 ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳【資料六】

8、科學家提取了雞的輸卵管細胞、紅細胞（有細胞核）和胰島細胞，對這三種細胞中的DNA和mRNA進行了檢測，結果如下表所示：檢測的3種細胞卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰島素基因卵清蛋白mRNA珠蛋白mRNA胰島素基因mRNA輸卵管細胞紅細胞胰島細胞+ + + + + + + + - - +- - -+這3種細胞中合成的蛋白質種類有什么差別？3種細胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰島素基因，但只檢測到了其中一種基因的mRNA證明事實說明了什么？3種細胞中有表達情況相同的基因嗎？說明：“+”表示檢測發現相應的分子，“-”表示檢測未發現相應的分子。 ： ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀

9、的關系基因選擇性表達與基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳這3種細胞中合成的蛋白質種類有什么差別？3種基因轉錄的mRNA分別出現在3種細胞中，表明每種細胞只合成3種蛋白質中的一種，因此這3種細胞中合成的蛋白質種類不完全相同。3種細胞中有表達情況相同的基因嗎？雖然有一些特定功能的蛋白質，只在特定的細胞中合成，但也有些蛋白質在所有的細胞中都合成，比如ATP合成酶基因、細胞呼吸酶基因、核糖體蛋白基因等。3種細胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰島素基因，但只檢測到了其中一種基因的mRNA證明事實說明了什么？這一事實說明細胞中并不是所有的基因都表達，基

10、因的表達存在選擇性。 ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳細胞分化的本質就是基因的選擇性表達。基因什么時候表達、在什么條件下表達、在哪些細胞中表達以及表達水平的高低，都與基因表達的調控有關。細胞中表達的基因管家基因奢侈基因在所有細胞中都表達的基因指導合成的蛋白質是維持細胞基本生命活動所必須的；RNA聚合酶基因，核糖體蛋白基因等；只在某類細胞中特異性表達的基因，這類基因表達會使細胞在形態、結構和功能上產生穩定的差異；胰島素基因，卵清蛋白基因等； ： ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的

11、關系基因選擇性表達與Relationship between gene expression and biological characters基因表達與性狀的關系 ： 課時安排：2課時Relationship between gene expr基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳同卵雙胞胎來源于同一個受精卵，具有完全相同的DNA，從經典遺傳學角度來說，兩者應具有完全一樣的表情，如體貌特征，生理特征及疾病易感性等。但事實并非如此，隨著發育的進行，同卵雙胞胎個體之間的差異會逐漸增大，那是什么原因造成的這種差異呢？美國西北大學的一項新研究顛覆了人們對基因的傳

12、統看法：貧窮可以嵌入基因組的大片區域，會在人類基因組中近10%的基因上留下印記。貧窮真的會遺傳？表觀遺傳 ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳【資料七】柳穿魚是一種園林花卉。如圖所示的兩株柳穿魚，除了花的形態結構不同，其他方面基本相同。柳川魚花的形態結構與Lcyc基因的表達直接相關。如圖所示的兩株柳穿魚，它們體內的Lcyc基因的序列相同，只是植株A的Lcyc基因在開花時表達，植株B的Lcyc基因不表達。研究表明，植株B的Lcyc基因不表達的原因是它被高度甲基化（Lcyc基因有多個堿基連接甲基

13、基團）。植株A植株B科學家將這兩個植株作為親本進行雜交，F1的花與植株A的相似， F1自交的F2中，絕大部分植株的花與植株A的相似，少部分植株的花與植株B的相似。 ： ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳【資料八】某種實驗小鼠的毛色受一對等位基因Avy和a的控制，Avy為顯性基因，表現為黃色體毛，a為隱性基因，表現為黑色體毛。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 ，卻表現出不同的毛色，介于黃色和黑色之間的一系列過度類型。研究表明，在Avy基因的前端（或

14、稱“上游”）有一段特殊的堿基序列決定著該基因的表達水平，這段堿基序列具有多個可發生DNA甲基化修飾的位點。當這些位點沒有甲基化時，Avy基因正常表達，小鼠表現為黃色；當這些位點甲基化后，Avy基因的表達就受到抑制。這段堿基序列的甲基化程度越高，Avy基因的表達受到的抑制越明顯，小鼠體色體毛的顏色就越深。 ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳【討論】閱讀完上述兩則資料后，你對文中哪一個詞印象深刻？資料7中F1的花為什么與植株A的相似？在F2中，為什么有些植株的花與植株B的相似？柳穿魚花的形態結

15、構和小鼠毛色的遺傳有什么共同點？這對你認識基因和性狀的關系有什么啟示？請嘗試分析導致柳穿魚的形態結構和小鼠毛色改變的原因是什么？請嘗試概括表觀遺傳的概念。 ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳【討論】請嘗試分析導致柳穿魚的形態結構和小鼠毛色改變的原因是什么？柳穿魚花的形態改變，是因為基因的部分堿基被高度甲基化，小鼠毛色的改變，是因為基因的前端有一段影響基因表達的特殊的堿基序列被甲基化。發生在基因或基因前端的甲基化修飾均導致相關基因的表達受到抑制，進而影響性狀。F1的花為什么與植株A的相似？在

16、F2中為什么有些植株的花與植株B的相似？F1植株同時擁有來自植株A和植株B的Lcyc基因。植株A的Lcyc基因能夠表達，表現為顯性；植株B的Lcyc基因由于部分堿基被甲基化，基因表達受到抑制，表現為隱性。因此F1的花與植株A的相似。 F1自交后F2中有少部分植株含有兩個來自植株B的Lcyc基因，同樣因部分堿基被甲基化而導致基因表達受到抑制，這部分植株的花與植株B的相似。 ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳【討論】柳穿魚花的形態結構和小鼠毛色的遺傳有什么共同點？這對你認識基因和性狀的關系有什

17、么啟示？請嘗試概括表觀遺傳的概念。柳穿魚的Lcyc基因和小鼠的Avy基因的堿基序列均沒有變化，但部分堿基發生了甲基化修飾，抑制了基因的表達，進而對表型產生影響。這種DNA甲基化修飾可以遺傳給后代，使后代出現同樣的表型。基因的堿基序列保持不變，性狀發生改變，這表明基因與性狀的關系并不是簡單的一一對應的關系，基因的表達受到很多因素的影響，體現了基因與性狀之間關系的復雜性。 ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與 ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳【表觀遺傳】：生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達和表型發生可遺傳變化的現象，

18、叫做表觀遺傳。CCGG5533CCGG5533CH3CH3 甲基化 DNA甲基化示意圖 表觀遺傳現象普遍存在于生物體的生長發育和衰老的整個生命活動過程中；這種表型改變有多種機制，除了DNA甲基化外，構成染色體的組蛋白發生甲基化，乙酰化等修飾也會影響基因的表達。這種調控方式，往往通過有絲分裂延續，若發生在生殖細胞中則會影響下一代的性狀。 ： ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳有研究表明：吸煙會使人的體細胞內DNA的甲基化水平升高，對染色體上的組蛋白也會產生影響。不僅如此，還有研究發現男性吸煙者的精子

19、活力下降，精子中DNA的甲基化水平明顯升高，請查閱相關資料，結合表觀遺傳、煙草煙霧中含有的化學物質及其危害等知識，向親友和周圍人群深入宣傳戒煙的道理。【總結】基因通過其表達產物蛋白質來控制性狀。細胞內的基因表達與否以及表達水平的高低都是受到調控的。細胞分化的實質是基因選擇性表達的結果，表觀遺傳能夠使生物體在基因的堿基序列不變的情況下，發生可遺傳的性狀改變。 ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳在大多數情況下，基因與性狀的關系并不是簡單的一一對應的關系。例如：人的身高是由多個基因決定的，其中每

20、個基因對身高都有一定的作用。多因一效：一個性狀可以受到多個基因的影響。一因多效：一個基因可以影響多個性狀。例如：研究發現水稻中的Ghd7基因編碼的蛋白質不僅參與了開花的調控，而且對水稻的生長、發育和產量都有重要的作用。基因通過改變遺傳物質如基因突變，染色體變異等，使性狀發生改變。通過表觀遺傳，導致產生性狀差異。環境【綜上所述】基因與基因、基因與基因表達產物、基因與環境之間存在著復雜的相互作用，這種相互作用形成了一個錯綜復雜的網絡，精細的調控者生物體的性狀。 ： ： 基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與基因表達與性狀的關系基因表達產物與性狀的關系基因選擇性表達與細胞分化表觀遺傳【思維訓練提出假說】：遺傳學家曾做過這樣的實驗，果蠅幼蟲正常的培養溫度為25，將剛