第4章-基因的表达-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预习梳理

预习检测任务活动任务一基因控制性状的方式任务二基因的选择性表达与细胞分化任务三基因与性状的关系备用习题学习目标素养目标

1.举例说明基因通过控制酶的合成和蛋白质的结构控制生物体的性状。

2.说明细胞分化是基因选择性表达的结果。

3.概述生物体的表观遗传现象。

1.基于对基因控制生物体的性状的理解,建立生命的信息观,形成生命是物质、能量和信息的统一体的生命观念。

2.基于基因的选择性表达、表观遗传等内容的理解,认同生物学中因果关系的复杂性,同时提升多角度、多因素分析复杂事件的方法和能力。

一、基因表达产物与性状的关系预习梳理酶的合成代谢过程蛋白质的结构1.基因通过控制

来控制

,进而控制生物体的性状。如:圆粒豌豆、皱粒豌豆;白化病等。

2.基因通过控制

直接控制生物体的性状。如囊性纤维化。

二、基因的选择性表达与细胞分化预习梳理1.细胞中表达的基因类型(1)在

都表达的基因,指导合成的蛋白质是维持

所必需的。如:核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因。

(2)只在某类细胞中

的基因。如:胰岛素基因。

2.细胞分化的本质:

。

所有细胞中细胞基本生命活动基因的选择性表达特异性表达三、表观遗传预习梳理1.概念:生物体基因的碱基序列

,但基因表达和表型发生可遗传变化的现象。

2.发生时间:表观遗传现象普遍存在于生物体的生长、

和衰老的整个生命活动过程中。

3.类型:

甲基化;构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰。

保持不变发育DNA四、基因与性状的关系预习梳理1.在大多数情况下,基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系。一个性状可以受到多个基因的影响,一个基因也可以影响多个性状。同时生物体的性状也不完全是由基因决定的,环境对性状也有着重要影响。2.

基因与基因、基因与基因表达产物、

之间借助复杂的相互作用,形成一个错综复杂的网络,精细地调控着生物体的性状。

基因与环境预习检测(1)基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状,如人类白化病。(

)(2)一种基因只能控制一种性状,但一种性状可由多对基因控制。

(

)(3)人的血红蛋白与马的血红蛋白有差异,体现了基因的选择性表达。 (

)××[解析]

人类的白化病是由编码酪氨酸酶的基因异常而引起的,属于基因通过控制酶的合成间接控制生物性状的实例。[解析]

一种基因也可以控制多个性状。[解析]

人的血红蛋白与马的血红蛋白有差异,是因为基因不同。×预习检测(4)吸烟会导致精子中DNA的甲基化水平升高,从而影响基因表达。 (

)(5)柳穿鱼植株A和B花的形态结构不同的根本原因是它们具有的遗传物质不同。

(

)[解析]

柳穿鱼植株A和B花性状不同与Lcyc基因甲基化导致表达情况不同有关。√×任务活动任务一基因控制性状的方式【资料】下面分别是皱粒豌豆形成机制、人的白化症状、囊性纤维化发生机制的示意图。1.皱粒豌豆的形成机制示意图淀粉分支淀粉保留水分高异常降低低失水任务活动2.人的白化症状发生机制示意图任务活动3.囊性纤维化发生机制示意图任务活动[分析](1)资料1、2说明,

。

(2)资料3说明,

。

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基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状任务活动基因、蛋白质与性状的关系任务活动例1囊性纤维化是一种单基因遗传病,患者的CFTR蛋白(细胞膜上的氯离子载体蛋白,由CFTR基因控制合成)功能异常。下列关于囊性纤维化的叙述,错误的是(

)A.该疾病在遗传过程中遵循孟德尔的分离定律B.该疾病表明基因可通过控制蛋白质的结构来直接控制生物性状C.该疾病患者体内有结构发生改变的CFTR基因D.CFTR基因表达的产物无须加工即可具有相应功能D任务活动[解析]囊性纤维化是一种单基因遗传病,即由一对等位基因控制的遗传病,所以该病的遗传遵循的是分离定律,

A正确;题述实例表明基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状,B正确;囊性纤维化患者有致病基因,该致病基因就是结构发生改变的CFTR基因,C正确;CFTR基因表达的产物是位于细胞膜上的蛋白质,所以需要内质网和高尔基体的加工,D错误。任务活动例2[2023·江苏连云港月考]普通玉米淀粉含量较高而蔗糖含量较低,导致种子不甜。该性状是由一个淀粉分支酶基因R控制。R基因中插入几个碱基后形成了r基因,导致表达的淀粉分支酶活性丧失,使得玉米种子中蔗糖不能变成淀粉,使甜度增加。R对r是显性。下列有关分析正确的是 (

)A.r基因控制形成的淀粉分支酶的氨基酸数量一定比R基因控制形成的淀粉分支酶的氨基酸数量多B.以上事实说明,基因对性状的控制还受环境影响C.以上事实说明,基因可通过控制酶的合成控制代谢,进而控制性状D.将纯合甜玉米与纯合非甜玉米间隔种植,植株上都是非甜玉米C任务活动[解析]R基因中插入几个碱基后形成了r基因,可见r基因中碱基的数量多于R基因,但r基因控制形成的淀粉分支酶的氨基酸数量不一定比R基因控制形成的淀粉分支酶的氨基酸数量多,因为碱基数量的增加可能导致终止密码子提前出现,A错误;题述事实说明,基因通过控制酶的合成来控制代谢过程进而实现对性状的间接控制,并未说明环境对性状的影响,B错误,C正确;R基因控制非甜性状,r基因控制甜的性状,即非甜对甜为显性,因此,将纯合甜玉米与纯合非甜玉米间隔种植,则非甜玉米植株上都是非甜种子,而甜玉米的植株上有非甜种子也有甜种子,D错误。任务活动例3[2023·山东青岛月考]图为人体中基因对性状控制过程示意图,据图分析可以得出 (

)A.过程①需要DNA单链作模板,葡萄糖作为能源物质为其直接供能B.过程①②都主要发生在细胞核中,且遵循的碱基互补配对方式相同C.基因1与基因2对性状的控制方式相同D.基因1通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状D任务活动[解析]过程①是转录,转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程,直接供能物质是ATP,A错误;过程①是转录,主要在细胞核中进行,过程②是翻译,在细胞质中进行,转录时碱基互补配对方式有A—U、T—A、G—C、C—G,而翻译时碱基互补配对方式有A—U、U—A、G—C、C—G,因此遵循的碱基互补配对方式不完全相同,B错误;基因1通过控制血红蛋白的结构直接控制生物性状,缺乏酪氨酸酶会导致黑色素无法合成,说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,C错误,D正确。任务活动任务二基因的选择性表达与细胞分化【资料】

阅读教材P72基因的选择性表达与细胞分化内容及“思考·讨论”中分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果。[分析](1)教材“思考·讨论”材料中,各细胞内的基因均相同,细胞内的mRNA不同,基因表达产物不同。你认为细胞内表达的基因有相同的吗?如果有的话,请举例说明。

。

有,如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因任务活动(2)同一生物的不同细胞中蛋白质种类会有不同,根本原因是

(填“DNA”或“RNA”)不同。

(3)联系有丝分裂知识,高度分化的动植物体细胞中仍含有本物种全套遗传信息的原因是

。

(4)通过分析可知,细胞分化的根本原因是

。基因的选择性表达与基因表达的调控有关。

RNA所有体细胞都是由受精卵经过有丝分裂而来的基因的选择性表达任务活动1.“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。例如:ATP水解酶基因。(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:胰岛素基因、抗体基因。任务活动2.细胞分化(1)细胞分化的标志①分子水平:基因选择性表达,合成了某种细胞特有的蛋白质,如卵清蛋白、胰岛素。②细胞水平:形成不同种类的细胞。(2)分化细胞表达的基因:所有“管家基因”和部分“奢侈基因”。(3)细胞分化的“变”与“不变”①不变:DNA、细胞的数目。②改变:mRNA、蛋白质的种类,细胞的形态、结构和功能。任务活动例4下表表示某人体内三种不同细胞中的基因存在及表达情况,下列有关说法不正确的是

(

)细胞种类基因存在情况基因表达情况甲乙丙丁甲乙丙丁胰岛A细胞√√√√√

√眼晶状体细胞(胚胎中)√√√√

√

√神经细胞√√√√

√√细胞种类基因存在情况基因表达情况甲乙丙丁甲乙丙丁胰岛A细胞√√√√√

√眼晶状体细胞(胚胎中)√√√√

√

√神经细胞√√√√

√√任务活动A.甲基因不可能是控制卵清蛋白合成的基因B.丁基因可能是ATP合成酶基因C.三种细胞不同的根本原因是细胞中的遗传信息不同D.三种细胞都有甲、乙、丙、丁四种基因的根本原因是这些细胞都来源于同一个受精卵√任务活动[解析]甲基因在胰岛A细胞中表达,所以甲基因不可能是控制卵清蛋白合成的基因,A正确;ATP合成酶基因在所有细胞中都表达,所以丁基因可能是ATP合成酶基因,B正确;三种细胞不同的根本原因是基因的选择性表达,C错误;三种细胞都有甲、乙、丙、丁四种基因的根本原因是这些细胞都来源于同一个受精卵,D正确。任务活动例5[2023·福建龙岩期末]科学家研究发现,细胞中基因有些表达,有些不表达。在不同类型的细胞中,表达的基因大致分为两类:一类是管家基因,即在所有细胞中都表达的基因,其产物是维持细胞基本代谢所必需的;另一类是奢侈基因,即只在某类细胞中特异性表达的基因。下列有关叙述错误的是 (

)A.同一个体不同细胞含有的奢侈基因不同B.呼吸酶、ATP水解酶相关基因为管家基因C.细胞分化的本质是奢侈基因的选择性表达D.已分化的细胞,一般不能转化为其他类型细胞A任务活动[解析]同一个体不同细胞含有的管家基因和奢侈基因都相同,只是奢侈基因发生选择性表达,A错误;呼吸酶和ATP水解酶每个细胞中都有,所以相关基因是管家基因,B正确;奢侈基因每个细胞中都有,但只在特定细胞中表达,故细胞分化的本质是奢侈基因的选择性表达,C正确;细胞分化通常是不可逆的,即已分化的细胞,一般不能转化为其他类型细胞,D正确。任务活动任务三基因与性状的关系【资料】

讨论教材P73“柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传”。[分析](1)柳穿鱼花的形态结构的遗传分析高度甲基化不表达两侧对称花两侧对称花辐射对称花任务活动(2)小鼠毛色的遗传分析①实验现象②原因分析:Avy基因的前端有一段影响Avy基因表达水平的特殊的碱基序列被

,甲基化程度越高,Avy基因表达受到的抑制越

。

甲基化明显任务活动(3)上述(1)和(2)展示的遗传现象都表现为基因的

保持不变,但部分碱基发生了

修饰,

了基因的表达,进而对表型产生影响。这种DNA甲基化修饰可以遗传给后代,使后代出现同样的表型,这是一种

。

碱基序列甲基化表观遗传抑制任务活动【情境】

图为某生物染色体上的基因与该生物某些性状的关系简图。任务活动[分析](1)分析图示可知,基因与性状不是简单的一一对应的关系,其关系如下:(2)除此之外,生物体的性状还受

的影响。

一个基因多个性状环境条件多个基因任务活动1.基因与性状的关系并不都是简单的线性关系,基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用。2.表观遗传(1)表观遗传的原因:DNA甲基化,构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰。任务活动(2)表观遗传的特点①可遗传:基因表达的调控和表型可以遗传给后代。②不变性:基因的碱基序列保持不变。③可逆性:DNA的甲基化修饰可以发生可逆性变化,即被修饰的DNA可以发生去甲基化。(3)理解表观遗传注意三个问题①表观遗传不遵循孟德尔遗传规律。②表观遗传可以通过有丝分裂和减数分裂传递被修饰的基因。③表观遗传一般是影响基因的转录过程,进而影响蛋白质的合成。任务活动例6人体内苯丙氨酸的代谢途径如图所示。人群中,有若干种遗传病是由苯丙氨酸的代谢缺陷所导致的。例如,苯丙氨酸的代谢产物之一苯丙酮酸在脑中积累会阻碍脑的发育,造成智力低下。下列分析错误的是 (

)A.缺乏酶①可导致病人既“白(白化病)”又“痴”B.缺乏酶⑤可导致病人只“白”不“痴”C.缺乏酶⑥时,婴儿使用过的尿布会留有黑色污迹(尿黑酸)D.上述实例可以证明遗传物质通过控制酶的合成,从而控制新陈代谢和性状C任务活动[解析]本题中的每种酶只催化一种化学反应,缺乏酶①则不能合成酪氨酸,不会生成黑色素,人体内的苯丙氨酸只能合成苯丙酮酸,苯丙酮酸在脑中积累造成智力低下,因此该病人既“白”又“痴”,A正确;缺乏酶⑤只能引起酪氨酸不能转变为黑色素,故病人只表现为白化病,B正确;缺乏酶⑥时,只会引起不能合成苯丙酮酸,但其他生理过程正常,故婴儿的尿布上不会有尿黑酸,尿黑酸最终被分解为CO2和H2O,C错误;该代谢过程可证明基因通过控制酶的合成来控制新陈代谢和性状,D正确。任务活动例7[2023·重庆巴蜀中学月考]在一个蜂群中,少数幼虫一直取食蜂王浆而发育成蜂王,而大多数幼虫以花粉和花蜜为食将发育成工蜂。DNMT3蛋白是DNMT3基因表达的一种DNA甲基化转移酶,能使DNA某些区域添加甲基基团(如图所示),敲除DNMT3基因后,蜜蜂幼虫将发育成蜂王,这与取食蜂王浆有相同的效果。下列有关叙述错误的是

(

)任务活动A.DNA甲基化后可能干扰了RNA聚合酶与DNA部分区域的识别和结合B.蜂王浆可能会导致细胞中DNMT3基因的表达水平下降C.DNA分子中胞嘧啶和5'甲基胞嘧啶都可以与鸟嘌呤配对D.被甲基化的DNA片段中遗传信息发生改变,从而使生物的性状发生改变√任务活动[解析]DNA甲基化使得DNA转录过程受阻,可能干扰了RNA聚合酶与DNA相关区域的结合,A正确;敲除DNMT3基因后,蜜蜂幼虫将发育成蜂王,与取食蜂王浆有相同效果,由此推测蜂王浆可能使DNMT3基因表达水平下降,B正确;胞嘧啶无论是否被甲基化,都能与鸟嘌呤发生配对,C正确;被甲基化的DNA片段遗传信息没变,只是甲基化抑制了基因的表达,对生物的性状产生影响,D错误。

当堂小结

备用习题1.如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A[解析]肌肉细胞、未成熟红细胞和神经细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂而来的,所含的遗传物质相同,A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,而细胞分化的实质是基因的选择性表达,所以这三类细胞含有的蛋白质不完全相同,B、C、D错误。

备用习题2.有人说“基因是导演,蛋白质是演员,性状是演员的表演作品”。结合所学,下列说法不合理的是 (

)A.基因中核苷酸序列多样性是蛋白质多样性的根本原因B.不同的核苷酸序列通过转录、翻译可能合成相同的蛋白质C.某些基因可以通过控制蛋白质结构直接控制生物体的性状D.同种生物不同个体间的性状差异是基因选择性表达的结果D

备用习题[解析]DNA经过转录形成mRNA,而mRNA经过翻译形成蛋白质,因此基因中核苷酸序列多样性是蛋白质多样性的根本原因,A正确;由于密码子具有简并性等原因,不同的核苷酸序列可能合成的蛋白质相同,B正确;基因可以通过控制蛋白质结构直接控制生物体的性状,C正确;同种生物不同个体间的性状差异是不同个体基因不同导致的,而不是基因的选择性表达,D错误。

备用习题3.DNA中胞嘧啶甲基化是一种常见的表观遗传修饰方式,通常会引起靶标基因发生转录沉默。下列表述不合理的是 (

)A.DNA甲基化会使基因的碱基序列发生改变B.表观遗传能使生物体发生可遗传的性状改变C.转录沉默可能是因为RNA聚合酶无法作用于靶标基因D.DNA甲基化对基因表达的调控是长期自然选择的结果A

备用习题[解析]DNA甲基化,会引起基因表达和表型发生