资源简介

4.2基因表达与性状的关系学案
【学习目标】
1.科学思维——通过分析基因表达产物蛋白质与生物性状的关系的实例，认识到生物的性状主要通过蛋白质来表现。
2.生命观念——通过对DNA甲基化等表观遗传现象的分析，认识到生物的性状是基因、环境和表观遗传修饰共同作用的结果。
3.科学思维——通过实例分析，认识到生物的性状与基因之间并非都是简单的线性关系。
4.社会责任——通过分析吸烟会使人体细胞和精子细胞中DNA甲基化水平升高，认识到吸烟有害健康。
【学习重难点】
( 1)教学重点： DNA 结构模型的构建、概述 DNA 结构的特点
( 2)教学难点：分析科学家成功或失败的原因，体会并学习科学家们的科学态度和科学精神
【预习新知】
基因表达产物与性状的关系
1．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。
实例分析
皱粒豌豆的形成 人的白化症状的形成
皱粒豌豆的DNA中插入了一段外来DNA序列，使编码淀粉分支酶的基因被打乱 ↓ 淀粉分支酶异常，活性大大降低 ↓ 淀粉合成受阻，含量降低 ↓ 淀粉含量低的豌豆 由于失水而皱缩 控制酪氨酸酶的基因异常 ↓ 不能合成酪氨酸酶 ↓ 酪氨酸不能转变为黑色素 ↓ 表现出白化症状
2．基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
实例分析
囊性纤维化
编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基 ↓ CFTR蛋白缺少苯丙氨酸 ↓ CFTR蛋白结构异常， 导致功能异常 ↓ 患者支气管中黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量生长繁殖，使肺功能严重受损
基因的选择性表达与细胞分化
1．基因表达的调控直接影响性状
(1)表达时期：如柳穿鱼体内的Lcyc基因在________时表达。
(2)表达细胞：如柳穿鱼的Lcyc基因在花的细胞中表达。
(3)表达水平的高低：如Avy基因的甲基化程度越高，Avy基因的表达受到的________越明显。
2．表达的基因分类
(1)所有细胞中都表达的基因：指导合成的蛋白质是维持细胞________________所必需的。
(2)某类细胞中特异性表达的基因：即___________________。
3．细胞分化的本质：________________。
4．基因的选择性表达：与基因表达的________有关。
表观遗传
1、表观遗传的概念：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，叫做表观遗传
2、综上所述，基因通过其表达产物—— 蛋白质来控制性状 ，细胞内的基因表达与否以及表达水平的高低都是受到调控的，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。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 对性状也有着重要的影响。
【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】
探究点一　基因、蛋白质与性状的关系
1．分析教材P71～72豌豆粒形与囊性纤维病的遗传实例，并结合下列图解探讨并归纳相关问题。
(1)图1中豌豆呈圆粒或皱粒与哪种基因和酶有关？为什么相关基因异常则为皱粒？
(2)囊性纤维病的直接病因是什么？根本病因又是什么？
(3)基因与蛋白质有什么关系？
(4)回顾蛋白质的知识，思考蛋白质与生命活动有什么关系？
(5)图1和图2分别表示基因控制性状的哪种途径？
(6)总结基因、蛋白质与性状之间的关系。
2．如图为同一株水毛茛，裸露在空气中的叶是扁平的叶片，而浸在水中的叶片深裂成丝状。请思考：
(1)叶片呈扁平或丝状，能否说明形状不同的叶片中核基因不同？叶片不同的原因是什么？
(2)这两种形态的叶，其细胞的核基因组成有何关系？
(3)基因型相同，表现型是否相同？请用一等式表示基因型、表现型和生活环境之间的关系。
(4)基因与性状有怎样的对应关系？
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性状
图解
2.基因、蛋白质与性状之间的关系
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。
3．细胞质基因与细胞核基因的比较
项目 细胞质基因 细胞核基因
存在部位 叶绿体、线粒体 细胞核
是否与蛋 白质结合 否，DNA分子裸露 与蛋白质结 合为染色体
结构 双链DNA 双链DNA
功能 复制、转录和翻译 复制、转录和翻译
基因数量 少 多
遗传方式 母系遗传 遵循孟德尔遗传定律
联系 线粒体和叶绿体是半自主性细胞器，这些部位的基因活动还要受核基因的控制
探究点二　基因的选择性表达与表观遗传
1．同一个体不同的体细胞由于分化形成了不同的形态、结构，这种不同细胞形态、结构不同的根本原因和直接原因分别是什么？
2．细胞中的基因能否表达，受到精确的调控。基因表达的调控，可能发生在基因表达的哪些环节？
3．如图表示同一个体的5种细胞中5种基因的表达情况，根据细胞的结构和功能可以判断，5种细胞中除RNA聚合酶基因均需表达外，还可能有哪些基因均需要表达？
4．表观遗传的实例分析
(1)柳穿鱼花形的遗传分析
柳穿鱼花形有左右对称和中心对称两种。柳穿鱼细胞内的DNA序列完全相同，不同的是Lcyc基因的甲基化程度。即
科学家进行了如下实验：
这说明________________________________________________________________________。
(2)某种实验小鼠不同毛色的遗传分析
该种小鼠的毛色除了受Avy基因控制，还受到Avy基因上游的一段DNA序列(a序列)控制。a序列既可以使Avy基因持续表达(小鼠毛色全部为黄色)，也可以使Avy基因的表达处于完全关闭状态(小鼠毛色全部为黑色)。另外，a序列还能够调控Avy基因的表达水平，使小鼠毛色呈现介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型。
上述资料信息，请用流程图描述出纯种黄毛鼠和纯种黑毛鼠杂交，子鼠毛色呈现介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型的机制？
【巩固训练】
（一）巩固训练
1.人体内苯丙氨酸的代谢途径如下图所示，下列叙述错误的是( )
A.缺乏酶⑤会导致人患白化病
B.缺乏酶③会导致人患尿黑酸症
C.据图可知基因能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状
D.苯丙酮酸积累可阻碍脑的发育，需给此类患儿提供不含苯丙氨酸的特殊奶粉
2.少数蜜蜂幼虫因取食蜂王浆发育成蜂王，大多数蜜蜂幼虫因取食花粉或者花蜜发育成工蜂。已知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，进而影响基因的表达。敲除DNMT3基因后，蜜蜂幼虫则发育成蜂王，这与取食蜂王浆有相同的效果。下列相关叙述正确的是( )
A.蜜蜂的DNA甲基化会改变DNA的碱基序列
B.表观遗传中的分子修饰只发生在DNA上，不能发生在其他物质上
C.甲基化可能通过影响RNA聚合酶与调控序列的结合抑制转录过程
D.DNA甲基化造成的表观遗传现象仅存在于生物体生长发育的特定时期
3.用烟草烟雾处理某一昆虫，导致其细胞中一条染色体上的T基因的表达和该昆虫的表型发生可遗传变化，但其碱基序列却没有变化。下列有关推测正确的是( )
A.上述现象属于表观遗传，基因的表达不受调控
B.上述现象可能与T基因甲基化水平的升高有关
C.该昆虫与正常昆虫相比，T基因无选择性表达
D.该昆虫与正常昆虫杂交，F2代无上述变化表型
4.雄蜂由未受精的卵细胞发育而来，雌蜂由受精卵发育而来，受精卵发育至幼虫后，少数幼虫以蜂王浆为食而发育成蜂王，而大多数幼虫以花粉和花蜜为食发育成工蜂(生殖器官发育不全)。DNMT3蛋白是DNMT3基因表达的一种DNA甲基化转移酶，能使DNA特定结构添加甲基基团(如图所示)。敲除DNMT3基因后，取食花粉和花蜜的幼虫将发育成蜂王，与取食蜂王浆有相同的效果。蜂群中蜜蜂个体之间有明确的分工，又能通力合作，共同维持群体的生存和发展。下列有关叙述错误的是( )
A.雄蜂的体细胞中不含有同源染色体，但它能产生正常的精子
B.DNMT3蛋白也能使腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤添加甲基因而形成相应产物
C.基因敲除技术的应用有利于促进蜜蜂养殖业的发展，以提高养蜂人的收入
D.蜜蜂以跳舞的方式告知同伴蜜源的方向和位置，传递的信息属于行为信息
5.视网膜病变是糖尿病常见并发症之一。高血糖环境中，在DNA甲基转移酶的催化下，视网膜细胞线粒体DNA碱基甲基化水平升高引起线粒体损伤和功能异常。下列叙述正确的是( )
A.高血糖引起的甲基化改变了线粒体DNA碱基排列顺序
B.女性患者线粒体DNA甲基化遗传给子代的概率为1/2
C.抑制DNA甲基转移酶基因的表达，可治疗视网膜病变
D.线粒体DNA甲基化水平升高会导致相关基因的表达增强
参考答案
1.答案：C
解析：A、分析图示可知，缺乏酶⑤黑色素不能合成，会导致人患白化病，A正确；
B、分析图示可知，缺乏酶③尿黑酸会积累，导致人患尿黑酸症，B正确；
C、据图可知基因能通过控制酶的合成控制代谢，进而控制生物体的性状，C错误；
D、苯丙酮尿症表现为苯丙酮酸积累，苯丙酮酸积累可阻碍脑的发育，需给此类患儿提供不含苯丙氨酸的特殊奶粉，D正确。
故选C。
2.答案：C
解析：A、DNA甲基化是指DNA分子胞嘧啶上共价连接一个甲基，没有改变DNA的碱基序列，A错误;
B、表观遗传中的分子修饰不仅发生在DNA上，也可发生在其他物质上，如组蛋白的乙酰化，B错误;
C、甲基化可能通过影响RNA聚合酶与调控序列的结合抑制转录过程，C正确;
D、DNA甲基化造成的表观遗传现象可存在于生物体生长发育的整个生命历程中，D错误。
故选C。
3.答案：B
解析：AB、上述现象属于表观遗传，可能与T基因甲基化水平的升高有关，其基因的表达受到相应的调控，A错误，B正确；
C、该昆虫与正常昆虫相比，T基因可发生选择性表达，C错误；
D、该昆虫与正常昆虫杂交，F1代相当于杂合子，F2代会出现上述变化表型，其比例占3/4，D错误。
故选B。
4.答案：B
解析：雄蜂由未受精的卵细胞发育而来，其体细胞中不含有同源染色体。因为雌蜂是由正常的受精卵发育而来的，由此可判断雄蜂能产生正常的精子，A正确;酶具有专一性，DNMT3蛋白能催化DNA的胞嘧啶添加甲基基团，不能催化腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤添加甲基基团，B错误;由题干可知，雌蜂中的工蜂由于生殖器官发育不全不具有繁殖能力，蜂王具有繁殖能力，敲除DNMT3基因后，取食花粉和花蜜的幼虫将发育成蜂王，可以繁殖更多的蜜蜂，减少蜂王浆的消耗，生产更多的蜂蜜，以提高养蜂人的收入，C正确:蜜蜂跳舞属于典型的行为信息，D正确。
5.答案：C
解析：A、甲基化不改变DNA的碱基序列，A错误;
B、受精卵的细胞质几乎全部来自母本，因此女性卵细胞的线粒体都能遗传给子代，B错误;
CD、视网膜细胞线粒体DNA碱基甲基化水平升高，会抑制DNA甲基转移酶基因的表达(转录过程)，会降低相关基因的表达，C正确，D错误。

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