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4.2基因表达与性状的关系 学案
【学习目标】
（一）学习目标
1.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.阐述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。
【学习重难点】
（一）学习重难点
1、教学重点
（1）基因表达产物与性状的关系、基因与性状的关系。
（2）基因的选择性表达与细胞分化。
2、教学难点
（1）基因表达产物与性状的关系、基因与性状的关系。
（2）表观遗传
【预习新知】
（一）表观遗传
1.基因甲基化：是指基因的多个碱基连接 ，甲基化影响基因的表达。
2.碱基序列的甲基化与表达水平呈 ，不是简单的一一对应关系。
3.基因甲基化产生的变异属于 遗传的变异。
4.表观遗传：生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表现型发生 的现象，叫做表观遗传。
5.表观遗传现象普遍存在于生物的生长、发育和 的整个生命活动过程中。
6.基因通过其表达产物——蛋白质来控制性状， 以及表达水平的高低都是受到调控的。
7.表观遗传能够使生物体在基因的 不变的情况下发生可遗传的性状改变。
8.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。同时，生物体的性状也不完全是由基因决定的， 对性状也有着重要的影响。
9.基因与 、基因与 、基因与 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。
【易错提示】
（一）易错提示
（1）在一个细胞中所含的基因都一定表达（ ）
（2）基因的选择性表达与基因表达的调控有关（ ）
（3）表观遗传现象比较少见，不能普遍存在于生物体整个生命活动过程中（ ）
（4）基因与性状的关系是一一对应的关系（ ）
（5）生物体的一种性状有时受多个基因的影响（ ）
答案：（1）×（2）√（3）×（4）×（5）√
【深化探究】
（一）深化探究
一、基因表达产物与性状的关系
[问题探究]
1．生物的性状与基因和环境之间的关系是怎样的？
提示：生物的性状是基因与环境共同作用的结果。
2．生物体多种性状形成的原因是什么？
提示：基因的选择性表达。
归纳总结：
1．基因控制性状的方式
直接途径 间接途径
方式 基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 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
图解
举例 囊性纤维病：CFTR基因缺失3个碱基→CFTR蛋白结构异常→功能异常 白化病：酪氨酸酶基因异常→缺少酪氨酸酶→酪氨酸不能转化为黑色素→白化病
2.基因、蛋白质与性状之间的关系
蛋白质是生命活动的主要承担者，基因通过控制蛋白质的合成控制生物体的性状，基因表达受环境影响，所以生物的性状是基因和环境共同作用的结果。
二、基因与性状的对应关系和表观遗传
[问题探究]
1．生物的性状只由基因决定吗？一种基因只能控制一种性状吗？
提示：不是；不是。
2．表现遗传基因改变了吗？
提示：没改变。
归纳总结：
1．基因与性状的对应关系
基因与性状的关系并非简单的线性关系，可以是多个基因决定一个性状，也可以是一个基因与多个性状有关。具体关系如下图所示：
此外生物的性状还受环境条件的影响，生物性状是基因型和环境条件共同作用的结果，如水毛茛，其裸露于空气中的叶为卵形，而沉于水中的叶却为丝状。
注：若涉及的物质并非蛋白质(如植物激素)，则基因对其控制往往是通过“控制酶的合成来控制代谢过程进而控制生物体的性状”这一间接途径实现的。
2．表观遗传的理解
(1)不变：生物体基因的碱基序列保持不变。
(2)变：基因表达和表型发生可遗传变化。
【巩固训练】
（一）巩固训练
1.下列关于表观遗传，叙述正确的是( )
A.表观遗传中，其基因发生了改变，所以使表型发生改变
B.表观遗传现象普遍存在生物体的生长、发育和衰老的过程中
C.同卵双胞胎是因为遗传物质不同而出现个体差异
D.表观遗传的形成只与DNA的甲基化有关
2.许多基因的前端有一段特殊的碱基序列（富含CG重复序列）决定着该基因的表达水平，若其中的部分胞嘧啶（C）被甲基化成为5-甲基胞嘧啶，就会抑制基因的转录。下列相关叙述正确的是( )
A.在一条单链上相邻的C和G之间通过氢键连接
B.胞嘧啶甲基化导致表达的蛋白质结构改变
C.基因的表达水平与基因的甲基化程度无关
D.胞嘧啶甲基化可能会阻碍RNA聚合酶与基因前端的特殊碱基序列结合
3.黄色小鼠（AA）与黑色小鼠（aa）杂交，产生的F1（Aa）中不同个体出现了不同体色。研究表明，F1（Aa）中不同体色的小鼠A基因的碱基序列相同，但A基因中二核苷酸（CpG）中的胞嘧啶有不同程度的甲基化（如图），甲基化不影响DNA的复制。下列分析错误的是( )
A.F1个体体色差异与A基因甲基化程度不同有关
B.DNA的甲基化不会使碱基互补配对方式发生改变
C.DNA的甲基化使生物体发生可遗传的性状改变
D.DNA甲基化可能会影响DNA聚合酶与该基因的结合
4.柳穿鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。现有两株体内Lcyc基因序列相同的柳穿鱼植株A（Lcyc基因未甲基化）和植株B（Lcyc基因有多个碱基甲基化，不能与RNA聚合酶结合），除了花的形态结构不同，其他方面基本相同。下列说法正确的是( )
A. Lcyc基因转录时，A植株可转录出相应的mRNA,B植株不能
B.柳穿鱼植株B体内的Lcyc基因的甲基化修饰不会遗传给后代
C.两植株杂交，F1自交产生的F2中可能有与植株B相似的花
D.植株B的Lcyc基因不表达的原因是其被高度甲基化
5.下列关于表观遗传的叙述,错误的是( )
A.表观遗传改变了生物体内基因的碱基排列顺序
B.DNA甲基化是造成表观遗传的常见原因之一
C.表观遗传可以遗传给后代,使后代出现相同表型
D.基因组成相同的同卵双胞胎所具有的微小差异与表观遗传有关
6.某细菌中精氨酸的合成途径如图所示，其中精氨酸是该细菌生活的必需物质，而中间产物都不是必需物质。科学家发现了三种该细菌突变体，它们分别缺失图中的一种酶，导致自己不能合成精氨酸，被统称为精氨酸缺陷型突变体。下列说法正确的是( )
A.这三种突变体都可以在添加了精氨酸的培养基上生长
B.在添加中间产物2的培养基上能生长的突变体一定是酶B缺陷型
C.该细菌细胞中精氨酸的合成至少由三对等位基因共同控制
D.若酶A基因不能表达，则酶B基因、酶C基因都不能表达
7.皱粒种子形成的原因是淀粉分支酶基因中插入了一段DNA序列，导致淀粉分支酶出现异常，细胞中淀粉含量下降，豌豆种子皱缩，但是蔗糖含量较高。下列关于基因表达与性状关系的叙述，正确的是( )
A.皱粒种子的形成说明基因通过控制酶的活性间接控制生物体的性状
B.淀粉分支酶基因对皱粒种子的影响体现在一个基因不是只影响一种性状
C.基因还可以通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状，如白化病
D.基因与性状的关系是一一对应的，环境的变化也会导致生物体的性状发生改变
8.有研究表明，吸烟会使人体细胞内的DNA甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生影响。男性吸烟者的精子中DNA的甲基化水平明显升高，精子活力下降。DNA甲基化可以导致DNA不能完成转录，进而使该基因的表达受到抑制。DNA甲基化过程中发挥作用的酶为甲基转移酶。下列说法错误的是( )
A.甲基转移酶发挥作用需要与DNA分子进行结合
B.DNA甲基化可能会阻碍RNA聚合酶与DNA结合
C.若某基因发生了甲基化，则该基因所控制的性状不变
D.构成染色体的组蛋白发生甲基化等修饰也会影响基因的表达
参考答案
1.答案：B
解析：A、表观遗传中，其基因中碱基序列没有发生改变，而是基因表达改变了，使表型发生改变 ，A错误；B、表观遗传现象是由于基因表达改变使性状改变，普遍存在生物体的生长、发育和衰老的过程中 ，B正确；C、同卵双胞胎是由同一个受精卵发育而来的，遗传物质相同，通常基因甲基化存在个体差异，C错误；D、表观遗传的形成与DNA乙酰化、甲基化、磷酸化和泛素化等有关，D错误。故选B。
2.答案：D
解析：A、在一条脱氧核苷酸单链上相邻的C和G之间不是通过氢键连接的，而是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接的，A错误；
B、胞嘧啶甲基化会抑制基因转录过程，对已经表达的蛋白质的结构没有影响，B错误；
C、基因的表达水平与基因的转录有关，而基因转录与基因甲基化程度有关，故基因表达水平与基因的甲基化程度有关，C错误；
D、根据胞嘧啶甲基化会抑制基因的转录可推知胞嘧啶甲基化可能会阻碍RNA聚合酶与基因前端的特殊碱基序列结合，D正确。
故选D。
3.答案：D
4.答案：ACD
解析：由于植株B的Lcyc基因被高度甲基化，不能与RNA聚合酶结合，故无法进行转录产生mRNA，而植株A的Lcyc基因正常表达，所以能进行转录产生mRNA,A、D正确;柳穿鱼植株B体内的Lcyc基因的甲基化修饰可以遗传给后代，B错误；两植株杂交，F1自交产生的F2会出现性状分离可能存在与植株B相似的花，C正确。
5.答案：A
解析：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,故选A。
6.答案：A
解析：精氨酸是该细菌生活的必需物质，这三种突变体都可以在添加了精氨酸的培养基上生长，A正确；酶A、酶B缺陷型细菌都可以在添加中间产物2的培养基上生长，因为二者体内酶C正常，可以将中间产物2合成精氨酸，B错误；细菌是原核生物，没有等位基因，C错误；酶A基因不能表达，酶B基因、酶C基因仍可以表达，D错误。
7.答案：B
解析：淀粉分支酶基因通过控制淀粉分支酶的合成来控制代谢过程，进而间接控制生物体的性状，A错误;淀粉分支酶基因中插入了一段DNA序列导致淀粉分支酶出现异常，蔗糖转化为淀粉的过程受到影响，进而导致细胞中淀粉含量下降，蔗糖含量增多，豌豆种子皱缩，说明一个基因不是只影响一种性状，B正确;基因可以通过控制蛋白质的结构来直接控制生物体的性状，但白化病是基因通过控制酶的合成而间接控制生物体性状的例子，C错误;基因与性状不一定是对应的关系，一种性状可能会由多个基因控制，一个基因也可能会控制多个性状，环境的变化也会导致生物体的性状发生改变，D错误。
8.答案：C
解析：甲基转移酶可将甲基转移到DNA正常的碱基上，故甲基转移酶发挥作用需要与DNA分子进行结合，A正确； DNA甲基化可以导致DNA不能完成转录，因此DNA甲基化可能会阻碍RNA聚合酶与DNA结合，进而使该基因的表达受到抑制，B正确；若某基因发生了甲基化，则该基因可能无法进行转录，最终无法合成相应蛋白质，即会影响基因的表达，导致该基因所控制的性状不能表现，C错误；构成染色体的组蛋白发生甲基化等修饰可能会影响与其结合的DNA的进一步解旋等，也会影响基因的表达，D正确。

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