2024年高中生物新教材同步必修第二册 第4章　第2节　基因表达与性状的关系

第2节基因表达与性状的关系[学习目标]1.举例说明基因控制生物体性状的两种方式。2.描述基因选择性表达与细胞分化的关系。3.阐述表观遗传现象。一、基因表达产物与性状的关系1．间接途径：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。2．直接途径：基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。1．(2023·江苏徐州高一质检)现代科学对皱粒性状豌豆的形成给出了一个完整的回答：皱粒豌豆中的DNA插入了一段外来的DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因，导致淀粉分支酶不能合成，而淀粉分支酶的缺乏又导致细胞内淀粉含量降低，游离蔗糖的含量升高。根据以上信息，下列说法不正确的是()A．圆粒豌豆具有淀粉分支酶B．基因通过控制酶的合成来间接控制生物体的性状C．淀粉分支酶具有分解淀粉的作用D．淀粉是亲水性很强的大分子有机物答案C解析淀粉分支酶具有合成淀粉的作用，C错误；淀粉是亲水性很强的大分子有机物，圆粒豌豆中淀粉含量多，亲水性强而饱满，D正确。2．如图为人体内基因对性状的控制过程，据图分析，下列相关叙述正确的是()A．基因1和基因2一般不会出现在人体内的同一个细胞中B．图中过程①需要RNA聚合酶的催化，过程②不需要tRNA的协助C．过程④⑤的结果存在差异的根本原因是血红蛋白结构的不同D．过程①②③表明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答案D解析人体细胞由同一个受精卵增殖、分化而来，基因1和基因2可出现在同一细胞中，A错误；图中过程①为转录，需要RNA聚合酶的催化，过程②为翻译，需要tRNA的协助，B错误；过程④⑤的结果存在差异的直接原因是血红蛋白结构的不同，C错误。二、基因的选择性表达与细胞分化1．生物体多种性状的形成，都是以细胞分化为基础的。2．表达的基因的类型(1)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。(2)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。3．细胞分化的本质是基因的选择性表达。判断正误(1)细胞分化形成的细胞一般会保持分化后的状态，不可逆转()(2)在一个细胞中所有的基因都一定表达()(3)同一个体的不同组织细胞的形态、功能不同是基因选择性表达的结果()(4)不同生物的细胞的形态、结构不同是基因不同造成的()答案(1)√(2)×(3)√(4)√解析(2)细胞分化的实质是基因的选择性表达，因此在细胞中有的基因不表达。任务一：基因的选择性表达1．根据教材“思考·讨论：分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果”提供的资料，回答下列问题：(1)这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？提示输卵管细胞只能合成卵清蛋白；红细胞只能合成珠蛋白；胰岛细胞只能合成胰岛素。(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？提示不同细胞内表达的基因不同。2．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，这类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，这类基因我们称为管家基因；另一类是只在某类细胞中特异性表达的基因，这类基因表达的产物赋予各种类型细胞特定的形态结构特征与功能，这类基因我们称为奢侈基因。据此对下列基因进行归类。①核糖体蛋白基因②ATP合成酶基因③血红蛋白基因④卵清蛋白基因⑤呼吸酶基因⑥胰岛素基因⑦抗体基因⑧唾液淀粉酶基因(1)属于管家基因的是①②⑤。(2)属于奢侈基因的是③④⑥⑦⑧。3．同一动物个体的神经细胞与肌细胞在功能上是不同的，造成这种差异的主要原因是()A．二者所处的细胞周期不同B．二者合成的特定蛋白不同C．二者所含有的遗传信息不同D．二者核DNA的含量不同答案B解析只有连续分裂的细胞才具有细胞周期，神经细胞与肌细胞都是高度分化的细胞，不再继续分裂，因此二者都不具有细胞周期；同一动物个体的神经细胞与肌细胞在功能上不同的原因是基因的选择性表达，即二者合成的特定蛋白不同；同一个体的不同体细胞是由同一个受精卵发育而来的，所以同一个体的不同体细胞中含有的遗传信息相同，核DNA含量也相同。4．同一个体中，在所有细胞中都表达的一类基因，称为管家基因，只在某类细胞中特异性表达的基因称为奢侈基因。下列相关叙述错误的是()A．管家基因指导合成的蛋白质是维持细胞生命活动所必需的B．奢侈基因表达的产物赋予细胞特定的形态、结构和功能C．所有细胞中都含有管家基因，但只有部分细胞含有奢侈基因D．奢侈基因能表达说明细胞已发生了分化答案C解析管家基因在所有细胞中都表达，其指导合成的蛋白质是维持细胞生命活动所必需的，A正确；奢侈基因只在某类细胞中特异性表达，其表达产物赋予细胞特定的形态、结构和功能，B正确；所有细胞中都含有管家基因和奢侈基因，奢侈基因只在特定细胞中表达，C错误。三、表观遗传及基因与性状的对应关系1．表观遗传(1)概念：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，叫作表观遗传。(2)类型：表观遗传的类型有DNA的甲基化、组蛋白的甲基化和乙酰化等。(3)表观遗传现象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)实例：蜂王和工蜂。2．基因与性状间的对应关系(1)基因控制生物体的性状eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①一个基因\o(→,\s\up7(控制))一个性状,②一个基因\o(→,\s\up7(控制))\a\vs4\al\co1(多个性状如基因间相互作用),③多个基因\o(→,\s\up7(控制))\a\vs4\al\co1(一个性状如人的身高)))(2)生物体的性状还受环境条件的影响。(3)基因与基因、基因与基因表达产物、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的网络，精细地调控着生物体的性状。判断正误(1)表观遗传现象由于基因的碱基序列没有改变，因此生物体的性状也不会发生改变()(2)吸烟会导致精子中DNA的甲基化水平升高，从而影响基因的表达()(3)基因与性状是一一对应的关系()(4)生物有些性状可以由多个基因决定，但一个基因不会与多个性状有关()答案(1)×(2)√(3)×(4)×解析(1)表观遗传是指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。(3)在大多数情况下，基因与性状并不是简单的一一对应的关系。(4)生物有些性状可以由多个基因决定，一个基因也可能与多个性状有关。任务二：表观遗传结合教材“思考·讨论：柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传”提供的资料，回答下列问题：(1)资料1中植株A和植株B的花的形态不同是基因不同导致的，还是基因的表达不同导致的？提示植株A与植株B的花形态不同是基因的表达不同导致的。(2)导致植株B中Lcyc基因不表达的原因是什么？提示植株B的Lcyc基因被高度甲基化。(3)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？提示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基因由于被高度甲基化，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，F1的花与植株A的相似。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，由于该基因被高度甲基化，基因表达受到抑制，因此，这部分植株的花与植株B相似。(4)Lcyc基因的高度甲基化修饰能够遗传吗？判断的理由是什么？提示能；因为F2中一部分植株的花与植株B相似，说明Lcyc基因的高度甲基化修饰能够遗传。(5)资料2中，F1小鼠的基因型都是Avya，小鼠毛色为什么不是黄色而是表现出介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型？提示因为小鼠的Avy基因的前端有多个可发生DNA甲基化修饰的位点，当这些位点甲基化后，Avy基因的表达就受到抑制，并且甲基化程度越高，受到的抑制越明显，小鼠体毛的颜色就越深。(6)资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点？提示资料1和资料2展示的遗传现象都表现为基因的碱基序列保持不变，但基因的表达受到抑制，因此性状发生改变，而且这种改变可以遗传。表观遗传的特点及调控机制(1)特点①可遗传性：即这类改变通过有丝分裂或减数分裂，能在细胞、个体间遗传。②可逆性的基因表达：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。③不变性：基因的碱基序列不变。(2)三种常见的调控机制①DNA甲基化修饰：主要抑制转录。②非编码RNA干扰(例如miRNA)：主要抑制翻译。③组蛋白甲基化、乙酰化等。5．(2023·广西柳州高一月考)下列哪项不属于表观遗传的特点()A．对表型的影响可遗传给后代B．DNA分子碱基可能连接多个甲基基团C．甲基化导致DNA碱基序列发生改变D．可由组蛋白的某些修饰导致答案C解析表观遗传对表型的影响，可以遗传给后代，使后代出现同样的表型，A不符合题意；一段碱基序列中可能存在多个可发生DNA甲基化修饰的位点，所以DNA分子碱基可能连接多个甲基基团，B不符合题意；甲基化不会导致DNA碱基序列发生改变，但会抑制相关基因表达，进而对表型产生影响，C符合题意；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，D不符合题意。6．(2023·四川成都高一期中)下列关于基因与性状关系的叙述，错误的是()A．基因与性状之间并不都是一一对应的关系B．基因能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状C．生物体的性状是由基因决定的，但会受到环境等因素的影响D．若基因的碱基序列保持不变，表型不会发生可遗传的变化答案D解析“若基因的碱基序列保持不变，表型不会发生可遗传的变化”，该叙述与表观遗传的定义相矛盾，表观遗传是指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，D错误。题组一基因表达产物与性状的关系1．下列有关基因控制生物性状的实例分析，属于直接通过控制结构蛋白合成来控制生物体性状的是()A．白化病 B．苯丙酮尿症C．囊性纤维化 D．豌豆粒形答案C解析白化病、苯丙酮尿症、豌豆粒形都是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，A、B、D不符合题意；囊性纤维化属于基因直接通过控制结构蛋白的合成来控制生物体的性状，C符合题意。2．豌豆种子有圆粒和皱粒两种，如图为圆粒种子形成机制的示意图，下列相关说法不正确的是()A．图中显示了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B．当编码淀粉分支酶的基因被打乱时，细胞内淀粉的含量会上升C．皱粒种子中蔗糖含量相对更高，味道更甜美D．图中①②过程中碱基互补配对的方式有差异答案B解析当编码淀粉分支酶的基因被打乱时，会导致淀粉分支酶异常，其活性大大降低，从而使细胞内淀粉的含量下降，B错误；皱粒种子中淀粉含量相对较低，而蔗糖含量相对较高，种子的甜度增加，C正确；图中①②过程分别为转录和翻译，都会发生碱基互补配对，其中转录过程中有T和A配对，而翻译过程中没有，D正确。题组二基因的选择性表达与细胞分化3．下列关于细胞分化的叙述，正确的是()A．细胞分化只发生在胚胎期B．不同的细胞中mRNA完全不同C．细胞分化过程中，细胞内的DNA会发生改变D．细胞分化是基因选择性表达的结果答案D解析细胞分化发生在整个生命进程中，在胚胎期达到最大限度，A错误；细胞分化过程中，由于基因的选择性表达，不同细胞中mRNA不完全相同，B错误；细胞分化过程中遗传物质不会发生改变，C错误。4．如表是人体内的红细胞(未成熟)、胰岛B细胞、浆细胞内所含有的核基因及这些基因表达的情况(“＋”表示该基因能表达，“－”表示该基因未表达)。下列有关说法正确的是()细胞血红蛋白基因胰岛素基因抗体基因有氧呼吸酶基因红细胞＋－－＋胰岛B细胞－①－＋浆细胞－－②③A.①②③均表示“＋”B．此表说明细胞分化导致基因的选择性表达C．三种细胞中mRNA和蛋白质种类完全不同D．三种细胞的形态、结构和生理功能不同的根本原因是核基因种类不完全相同答案A解析胰岛B细胞能合成并分泌胰岛素，胰岛素基因表达；浆细胞合成、分泌抗体，抗体基因表达；三种细胞都进行有氧呼吸，有氧呼吸酶基因都表达，A正确；题表说明细胞分化是基因选择性表达的结果，B错误；三种细胞中有氧呼吸酶基因都表达，三种细胞中mRNA和蛋白质种类不完全相同，C错误；三种细胞是同一个体中的体细胞，核基因种类相同，只是表达的基因不同，导致这三种细胞的形态、结构和生理功能不同，D错误。题组三表观遗传及基因与性状的对应关系5．下列有关基因表达或表观遗传的叙述，错误的是()A．柳穿鱼Lcyc基因的部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达B．基因组成相同的同卵双胞胎出现某种性状差异，不一定是表观遗传C．表观遗传由于碱基序列不变，不能将性状遗传给下一代D．构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰会影响基因的表达答案C解析表观遗传虽然碱基序列不变，但表观遗传导致的性状改变可以遗传给下一代，C错误。6．(2022·甘肃天水高一期末)DNA甲基化通常发生在DNA的CG序列密集区，发生甲基化的DNA可以和甲基化DNA结合蛋白结合，使DNA链发生高度紧密排列，导致RNA聚合酶无法与其结合。下列说法错误的是()A．神经细胞中，呼吸酶基因处于非甲基化状态B．结构越不稳定的DNA越容易发生甲基化C．DNA甲基化可调控基因的选择性表达D．对DNA去甲基化后其上的基因可以正常表达答案B解析“DNA甲基化通常发生于DNA的CG序列密集区”，而G和C之间有三个氢键，稳定性较高，故结构越稳定的DNA越容易发生甲基化，B错误。7．下列关于基因与性状关系的叙述，错误的是()A．一个基因可以影响一个性状B．一个基因可以影响多个性状C．一个性状可以受多个基因的影响D．生物的性状完全由基因决定答案D8．(2023·江苏天一中学高一期中)下列有关基因型、性状和环境的叙述，错误的是()A．人的身高由多个基因决定，其中每个基因对身高都有一定的作用B．两株玉米植株的株高不同，二者的基因型也不同C．同一株水毛茛气生叶与水生叶中所含基因相同D．表观遗传现象普遍存在，可能会改变生物体的性状答案B解析两株玉米植株的株高不同，可能是环境因素造成的，也可能是二者的基因型不同造成的，B错误。9．(2023·河北承德高一期末)牵牛花的颜色主要是由花青素决定的，如图为花青素的合成与颜色变化途径示意图。从图中不能得出的是()A．花的颜色由多对基因共同控制B．基因可以通过控制酶的合成来控制代谢C．生物体的性状由基因决定，也受环境影响D．若基因①不表达，则基因②和基因③也不表达答案D解析基因具有独立性，基因①不表达，基因②和基因③仍然能够表达，D符合题意。10．蜂群中，蜂王和工蜂都是由受精卵发育而来的，以蜂王浆为食的幼虫将发育成蜂王，而以花粉、花蜜为食的幼虫将发育成工蜂，幼虫发育成蜂王的机理如图所示。下列相关叙述错误的是()A．DNA甲基化水平是发育成蜂王的关键要素B．花粉可通过抑制Dnmt3基因的表达而影响DNA甲基化C．DNA甲基化水平没有使Dnmt3基因的碱基序列发生改变D．该实例中的由食物引起的表型改变是可以遗传给后代的答案B解析据图可知，蜂王浆可通过抑制Dnmt3基因的表达而影响DNA甲基化，B错误。11．遗传学家做过这样的实验：果蝇幼虫正常的培养温度是25℃，将刚孵化的残翅果蝇幼虫放在31℃的环境中培养，得到了一些翅长接近正常的果蝇成虫，这些翅长接近正常的果蝇在正常环境温度下产生的后代仍然是残翅果蝇。分析以上实验内容，下列说法不正确的是()A．将刚孵化的残翅果蝇幼虫放在25℃的环境中培养，成虫仍将是残翅B．上述果蝇翅型变化的现象属于表观遗传C．这种实验现象可能是温度影响了酶的活性造成的D．果蝇的翅型是基因和环境共同作用的结果答案B解析残翅性状由基因决定，但也受环境温度影响，故说明基因控制生物体的性状，而性状的形成受环境的影响，该现象不属于表观遗传，B错误。12．(2023·吉林长春高一期末)某种小鼠常染色体上的A基因能控制蛋白X的合成，a基因则不能，当小鼠缺乏蛋白X时表现为个体较小(侏儒鼠)。A基因在雌配子中会发生DNA甲基化修饰而抑制其表达，在雄配子中的A基因是非甲基化的，如图所示。下列关于图中雌、雄鼠的叙述，正确的是()A．DNA甲基化会引起基因碱基序列的改变B．雌鼠与雄鼠基因型相同，但表型不同C．雌鼠A基因来自其父本的概率为1/2D．雌、雄鼠杂交后代中，侏儒鼠占1/4答案B解析DNA甲基化修饰通常会抑制基因的表达，但不改变基因碱基序列，A错误；雄鼠(基因型为Aa)中A基因发生了甲基化，不能表达，因此雌鼠与雄鼠基因型相同，但表型不同，B正确；由于雌鼠产生的雌配子中A基因发生了甲基化，而雄鼠产生的雄配子中A基因没有甲基化，因此雌鼠中没有发生甲基化的A基因来自它的父本的概率为100%，C错误；设甲基化的基因用1标记，则A1a雄鼠产生的雄配子为A∶a＝1∶1,Aa1雌鼠产生的雌配子为A1∶a1＝1∶1，因此雌雄鼠杂交子代的基因型和比例为AA1∶Aa1∶A1a∶aa1＝1∶1∶1∶1，A基因能控制蛋白X的合成，a基因则不能，当小鼠缺乏蛋白X时表现为个体较小(侏儒鼠)，且发生甲基化的A基因不能表达，因此雌、雄鼠杂交后代中侏儒鼠占1/2，D错误。13．囊性纤维化是一种遗传病，由一对等位基因控制，其致病机理如图所示。请回答下列有关问题：(1)据图分析，①过程需要__________酶参与催化反应，②过程发生的场所是__________。(2)异常CFTR蛋白在第508位缺失一个氨基酸(苯丙氨酸)的原因是______________________，缺失氨基酸后，CFTR蛋白的空间结构__________(填“改变”或“不变”)。(3)囊性纤维化的实例表明，基因表达产物与性状的关系是_____________________________________________________________________________________________________________。(4)一对表型正常的夫妇生育了一个患囊性纤维化的女儿，推测CFTR基因位于________(填“常染色体”或“性染色体”)上。该夫妇第二胎生下一对表型均正常的“龙凤胎”，则这对“龙凤胎”均为携带者的概率为__________。答案(1)RNA聚合核糖体(或细胞质)(2)正常CFTR基因缺失了3个碱基对，成为异常CFTR基因改变