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第3节 遗传信息控制生物的性状
第3课时
阐述表观遗传及其作用机制，认知遗传信息传递的规律，渗透结构与功能观，培养生命观念和科学思维。
01
02
描述基因选择性表达与细胞分化的关系。
细胞分裂
细胞分化
细胞分裂使细胞数目增多，
细胞分化使细胞种类增加。
虽然每个人都来自一个受精卵,但受精卵通过分裂和分化形成了约200种不同类型的细胞,如血细胞、肌细胞、神经细胞,每种类型细胞中的DNA序列都是相同的,那么,为什么基因组内的遗传信息会在特定发育阶段、特定组织部位、特定细胞类型上有不同的表达呢
基因的表达是有选择性的。
在个体发育过程中，一个或一群细胞在形态，结构和功能上发生稳定性差异的过程。
细胞分化
一、细胞分化的本质是基因选择性表达
科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞(有细胞核)和胰岛B细胞，对这3种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示。回答有关问题：
检测的 3种细胞 卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因 卵清蛋白 mRNA 珠蛋白 mRNA 胰岛素
mRNA
输卵管细胞 ＋＋＋ ＋ － －
红细胞 ＋＋＋ － ＋ －
胰岛B细胞 ＋＋＋ － － ＋
说明：“＋”表示检测发现相应的分子，“－”表示检测未发现相应的分子。
(1)鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛B细胞都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因的原因是三种细胞都是由____________________________形成的。
(2)鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛B细胞中都只检测到一种mRNA的原因是________________。
(3)鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛B细胞中含有的mRNA和蛋白质____________ (填“相同”“不同”或“不完全相同”)。
受精卵经有丝分裂和细胞分化
基因选择性表达
不完全相同
1.管家基因和奢侈基因
①管家基因：指所有细胞中都表达的一类基因，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，如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因，DNA聚合酶基因，RNA聚合酶基因，呼吸酶基因等。
②奢侈基因：只在某类细胞中特异性表达的基因。如胰岛素基因，珠蛋白基因等。
一、细胞分化的本质是基因选择性表达
2.细胞分化（实质：基因选择性表达）
(1)细胞形态的改变：如肌细胞的梭形、哺乳动物成熟红细胞的圆饼状、神经细胞的突起状等。
(2)细胞结构的变化：细胞器的种类和数量发生变化。
(3)细胞功能的特化：执行特定的功能，如运动功能、反射功能、免疫功能等。
(4)特殊分子的合成：如合成唾液淀粉酶、抗体、胰岛素、血红蛋白和肌动蛋白等。
3.基因选择性表达的结果
DNA甲基化
组蛋白修饰
组蛋白
DNA
甲基化位点
组蛋白修饰:是指组蛋白在相关酶作用下发生甲基化、乙酰化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等修饰的过程。
1.表观遗传：指生物体基因的碱基序列保持不变，而表型发生可遗传变化的现象。
这种修饰能改变染色质状态及其开放程度，进而调控基因的表达。
主要是发生在基因组DNA上某些区域的胞嘧啶上，它的第5位碳原子和甲基之间通过共价键结合，被修饰为5-甲基胞嘧啶。
二、表观遗传及其作用机制
Lcyc基因
植株A
Lcyc基因
表达
Lcyc基因
植株B
Lcyc基因
不表达
甲基化
柳穿鱼花形态改变，是因为基因的部分碱基被高度甲基化
案例：柳穿鱼花的形态结构的遗传
Lcyc基因
植株A
Lcyc基因
表达
Lcyc基因
植株B
Lcyc基因
不表达
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基因由于部分碱基被甲基化,基因表达受到抑制，表现为隐性；
甲基化
Lcyc基因
正常
植株A
开花时表达
Lcyc基因
高度 甲基化
植株B
开花时不表达
×
F1
（自交）
F2
绝大部分植株的花与植株A相似
少部分植株的花与植株B相似
Lcyc基因
Lcyc基因
Lcyc基因
Lcyc基因
甲基化的Lcyc的基因可遗传，并控制生物的性状
①基因组成相同的同卵双胞胎所具有的微小差异就与表观遗传有关。
不变性
可遗传
普遍性
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。
②一个蜂群中，蜂王和工蜂都是由受精卵发育而来的，但它们在形态、结构、生理和行为等方面截然不同，表观遗传也在其中发挥了重要作用。
2.表观遗传的特点
基因的碱基序列不变
基因表达和表型发生可遗传变化
持续吃蜂王浆
只吃三天蜂王浆
蜂王
工蜂
甲基化程度低
甲基化程度高
可逆性
在身体形成精子和卵子的时候，DNA上的甲基化和组蛋白上的乙酰基化要被清除，重新设定，以适应生殖细胞的功能。
同样，受精卵在发育成胎儿时， DNA上的甲基化和组蛋白上的乙酰基化也要被清除，以适应胎儿发育的需要。
有研究表明，吸烟会使人的体细胞内DNA的甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生影响。不仅如此，还有研究发现，男性吸烟者的精子活力下降，精子中DNA的甲基化水平明显高。
吸烟有害健康
1.脊椎动物的一些基因活性与其周围特定胞嘧啶的甲基化有关，甲基化使基因失活，相应的非甲基化能活化基因的表达，以下推测正确的是(　　)
A.肝细胞和胰岛B细胞的呼吸酶基因均处于甲基化状态
B.肝细胞和胰岛B细胞的胰岛素基因均处于非甲基化状态
C.肝细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于非甲基化状态
D.胰岛B细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于非甲基化状态
D
2.柳穿鱼植株A和植株B花的形态结构不同，其他方面基本相同。下列叙述不正确的是(　　)
A.两株柳穿鱼体内的Lcyc基因的序列相同
B.柳穿鱼的叶肉细胞内不存在Lcyc基因
C.植株B的Lcyc基因不表达的原因是它被高度甲基化了
D.两植株杂交，F2中有少部分的花与植株B相似
B
3.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基因上二核苷酸胞嘧啶(CpG)有不同程度的甲基化(如图)现象出现，甲基化不影响基因DNA复制。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.甲基化是引起基因结构改变的常见方式
D
表观遗传及其作用机制
细胞分化的本质是基因选择性表达的结果
组蛋白
DNA
甲基化位点

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