2023-2024学年 人教版 必修二 基因表达与性状的关系 学案

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．(多选)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的结果存在差异的直接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CD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。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·河北石家庄高一月考)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·江苏淮安高一期中)下列关于基因与性状关