第2节基因表达与性状的关系

第4章基因的表达新知一基因表达产物与性状的关系答案:①②—b;③—a。新知二基因的选择性表达与细胞分化

细胞基本生命活动核糖体蛋白基因ATP合成酶基因卵清蛋白基因特异性胰岛素基因基因选择性表达基因表达的调控新知三表观遗传讨论教材第73页“思考·讨论”,说出表观遗传的概念,分析其原因、特点及对生物体性状的影响。讨论基因与性状的关系,形成初步的遗传与进化观。

1.表观遗传。

(1)概念。生物体基因的碱基序列_________,但__________和_____发生可遗传变化的现象,叫作表观遗传。

(2)原因。基因的_________没有发生变化,但部分碱基发生了___________,抑制了基因的表达,进而对表型产生影响。保持不变基因表达表型碱基序列甲基化修饰如下图所示:

DNA的甲基化

(3)特点。①基因的碱基序列_________。②可遗传。可以遗传给后代,使后代出现同样的表型。③普遍存在。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。保持不变

2.基因与性状间的对应关系。

(1)一个性状可以受到_____基因的影响。

(2)一个基因也可以影响_____性状。

(3)生物体的性状也不完全是由基因决定的,_____对性状也有着重要影响。多个多个环境探究一基因表达产物与性状的关系

分析下列材料,思考基因是如何控制性状的。材料一①豌豆粒形

②人的白化症状材料二囊性纤维化编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基↓CFTR蛋白结构异常,导致功能异常↓患者支气管内黏液增多↓黏液清除困难,细菌繁殖,肺部感染

(1)材料一说明,基因通过控制____________________,

进而控制生物体的性状。答案:酶的合成来控制代谢过程

(2)材料二说明,基因通过控制____________________控制生物体的性状。答案:蛋白质的结构直接基因、蛋白质和性状的关系

(3)由材料一、二总结基因对性状的控制方式。提示:基因控制性状的方式有两种：一种是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;另一种是通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。

【例1】着色性干皮症是一种遗传病,起因于DNA损伤。深入研究后发现患者体内缺乏DNA修复酶,DNA损伤后不能修复而引起突变。这说明一些基因(

)A.是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.是通过控制蛋白质的结构,进而直接控制生物体的性状

C.是通过控制酶的合成,进而直接控制生物体的性状

D.可以直接控制生物体的性状,发生改变后生物体的性状随之改变解析:由题意可知,着色性干皮症起因于DNA损伤,并且患者体内缺乏DNA修复酶,由此说明该基因通过控制DNA修复酶的合成来控制代谢过程,进而间接控制生物体的性状。答案:A

【例2】人体内苯丙酮酸过多可引起苯丙酮尿症,下图表示人体内苯丙氨酸的代谢途径,据图分析错误的是(

)

A.基因1不正常而缺乏酶1可能引起苯丙酮尿症

B.由苯丙氨酸合成黑色素需要多个基因控制

C.该图说明基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状

D.基因2突变而缺乏酶2将导致人患白化病解析:由题图可知,基因1不正常而缺乏酶1,则苯丙氨酸只能在细胞中代谢生成苯丙酮酸,导致苯丙酮尿症,A项正确;由苯丙氨酸合成黑色素需要酶1、酶2的作用，即需要基因1、基因2的控制,B项正确;题图体现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,C项错误;基因2突变,导致酶2不能合成,从而不能形成黑色素,使人患白化病,D项正确。答案:C【母题延伸】(1)若食物中缺乏酪氨酸,人体是否会患白化病?为什么?

提示:不会。因为酪氨酸属于非必需氨基酸,在人体内可以转化而来。

(2)苯丙酮尿症患者的食物中应如何控制苯丙氨酸的含量?

提示:苯丙氨酸为人体的必需氨基酸,因此苯丙酮尿症患者的食物中必须含有苯丙氨酸,但应控制苯丙氨酸的量,满足机体生命活动需要即可。探究二基因的选择性表达与细胞分化

资料1最早试图对细胞分化机制做出解释的学者是德国科学家魏斯曼,他提出细胞分化是由于遗传物质丢失造成的。资料2到了20世纪中期,很多实验证明,不仅是受精卵,甚至高度分化的动植物细胞,都含有本物种全套的遗传信息。

资料3下表表示人体不同细胞中基因和蛋白质的存在情况。项目细胞中的DNA细胞中的蛋白质唾液淀粉酶基因血红蛋白基因胰岛素基因唾液淀粉酶血红蛋白胰岛素唾液腺细胞++++--红细胞+++-+-胰岛细胞+++--+注:“+”表示有,“-”表示无。

(1)资料1中“细胞分化是由于遗传物质丢失造成的”这一观点对吗?为什么?

提示:不对。细胞分化不是由于遗传物质丢失造成的,是基因选择性表达的结果。

(2)结合资料2,联系有丝分裂知识,分析:为什么高度分化的动植物细胞中含有本物种全套的遗传信息?

提示:所有细胞都是由受精卵有丝分裂而来,有丝分裂保证了亲代细胞和子代细胞在遗传组成上的一致性。

(3)资料3中,各细胞表达的基因有相同的吗?不同种细胞的蛋白质种类不同,直接原因是DNA不同还是RNA不同?

提示:不同细胞内存在都表达的基因;不同种细胞的蛋白质种类不同,直接原因是mRNA不同。

(4)生长发育过程中,细胞的形态结构和生理功能产生了很大差异,原因是什么?

提示:产生差异的原因是不同细胞的分化方向不同,根本原因是基因的选择性表达。“管家基因”和“奢侈基因”

(1)“管家基因”: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,如呼吸酶基因。

(2)“奢侈基因”:只在某类细胞中特异性表达的基因,指导合成的蛋白质与细胞特定的功能有关,如血红蛋白基因。

【例3】下表表示三种不同细胞中的基因存在及表达情况,下列有关说法错误的是(

)项目基因存在情况基因表达情况甲乙丙丁甲乙丙丁胰岛细胞√√√√√√眼晶状细胞(胚胎中)√√√√√√神经细胞√√√√√√

A.甲基因不可能是控制生长激素合成的基因

B.三种细胞不同的根本原因是细胞中的遗传信息不同

C.丁基因可能是控制ATP酶合成的基因

D.三种细胞都有甲、乙、丙、丁四种基因的根本原因是细胞都来源于同一个受精卵解析:甲基因在胰岛细胞中表达,所以甲基因不可能是控制生长激素合成的基因,A项正确;三种细胞不同的根本原因是基因的选择性表达,B项错误;控制ATP酶合成的基因应该在所有细胞中都表达,所以丁基因可能是控制ATP酶合成的基因,C项正确;三种细胞都有甲、乙、丙、丁四种基因的根本原因是细胞都来源于同一个受精卵,D项正确。答案:B

【例4】下图为人体中不同细胞产生过程的模式图,据图推断肌肉细胞、未成熟红细胞和神经细胞(

)

A.含有的遗传信息相同

B.含有的蛋白质完全相同

C.含有的蛋白质种类完全不相同

D.形成的原因是基因的选择性丢失解析:肌肉细胞、未成熟红细胞和神经细胞都来自同一个受精卵,所含的遗传物质相同,A项正确;肌肉细胞、未成熟红细胞和神经细胞是细胞分化形成的,而细胞分化是基因选择性表达的结果,所以这三类细胞遗传物质转录形成的mRNA不完全相同,含有的蛋白质也不完全相同,B项错误;这三类细胞所含的蛋白质也有相同的,如呼吸酶,C项错误;这三类细胞形成的根本原因是基因的选择性表达,D项错误。答案:A探究三表观遗传

分析教材第73页“思考·讨论”的相关资料,思考下列问题。

(1)资料1中,F1的花为什么与植株A相似?在F2中,为什么有些植株的花与植株B相似?

提示:植株A的Lcyc基因在开花时表达,可看成为显性基因,而植株B的该基因不表达,可看成为隐性基因。两植株杂交,F1表现显性性状,F2出现类似性状分离的现象。

(2)资料2中,小鼠性状改变的原因是什么?

提示:小鼠的Avy基因前端的碱基序列有多个位点发生了DNA甲基化修饰,Avy基因的表达受到抑制。

(3)资料1和资料2中展示的遗传现象有什么共同点?这对你认识基因和性状的关系有什么启示?

提示:这两种遗传现象发生变化的原因都不是相应基因的碱基序列发生变化,而是部分碱基发生了甲基化修饰,抑制了基因的表达,进而对表型产生了影响。由此可知,两生物体的基因相同,其性状表现也不一定相同,即生物体的性状不完全是由基因决定的。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。

【例5】黄色小鼠(AA)与黑色小鼠(aa)杂交,产生的F1(Aa)不同个体出现了不同体色。研究表明,不同体色的小鼠A基因的碱基序列相同,但A基因上二核苷酸(CpG)胞嘧啶有不同程度的甲基化(如右栏图所示)现象出现,甲基化不影响基因DNA复制。下列有关分析错误的是(

)

A.F1个体体色的差异与A基因甲基化程度有关

B.甲基化可能影响RNA聚合酶与该基因的结合

C.碱基甲基化不影响碱基互补配对过程

D.基因甲基化不会遗传给子代解析:由题意可知,F1个体的基因型都是Aa,但体色有差异,显然与A基因甲基化程度有关,A项正确;RNA聚合酶与该基因的结合属于基因表达的关键环节,而A基因甲基化会影响其表达过程,B项正确;碱基甲基化不影响DNA复制过程,而DNA复制过程有碱基互补配对过程,C项正确;基因甲基化可以遗传给子代,D项错误。答案:D