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第4节 基因通常是有遗传效应的DNA片段
第3章 基因的本质
学习目标
01
02
03
举例说明基因通常是有遗传效应的DNA片段
（生命观念、科学思维）
运用数学方法说明DNA的多样性和特异性
（生命观念、科学探究）
说明基因与DNA的关系
（生命观念、科学思维）
问题探讨
我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼的受精卵中，培育出了转基因鲤鱼。与对照组相比，转基因鲤鱼的生长速度加快。据科学家介绍，外源基因导入受体细胞后，必须整合到受体细胞的DNA上才能发挥作用。
因为外源生长激素基因整合到转基因鲤鱼的DNA中，并发挥了促进生长激素合成的功能，而生长激素可使鲤鱼的生长速率加快。
1.为什么转基因鲤鱼的生长速度更快？
转基因鱼（左）
我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼的受精卵中，培育出了转基因鲤鱼。与对照组相比，转基因鲤鱼的生长速度加快。据科学家介绍，外源基因导入受体细胞后，必须整合到受体细胞的DNA上才能发挥作用。
导入的是DNA分子的一段脱氧核苷酸序列。
2.导入的外源基因是1个DNA分子，还是DNA分子的一段脱氧核苷酸序列？
转基因鱼（左）
问题探讨
1.大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为4. 7×106个碱基对，在DNA分子上分布着大约4.4×103个基因，每个基因的平均长度约为1×103个碱基对。
一、说明基因与DNA关系的实例
生物体内的DNA分子数目与基因数目相同吗？生物体内所有基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相同吗？如果不同，说明了什么？
说明一个DNA分子上含有多个基因
基因的碱基对总数＜DNA分子的碱基对总数
生物体内的DNA分子数＜基因数目
说明基因是DNA的片段
基因A
基因B
基因C
含有3个基因的DNA片段的模式图
非基因片段
非基因片段
非基因片段
非基因片段
一、说明基因与DNA关系的实例
生物体内的DNA分子数目与基因数目相同吗？生物体内所有基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相同吗？如果不同，说明了什么？
基因是DNA的片段，基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将其分隔开的。
说明一个DNA分子上含有多个基因
基因的碱基对总数＜DNA分子的碱基对总数
生物体内的DNA分子数＜基因数目
说明基因是DNA的片段
一、说明基因与DNA关系的实例
2.生长在太平洋西北部的一种水母能发出绿色荧光，这是因为水母的DNA上有一段长度为5.17×103个碱基对的片段——绿色荧光蛋白基因。转基因实验表明，转入了水母绿色荧光蛋白基因的转基因鼠，在紫外线的照射下，也能像水母一样发光。
一、说明基因与DNA关系的实例
1
你如何理解基因具有遗传效应？
基因是特定的DNA片段，可以切除，可以拼接到其他生物的DNA上去，从而获得某种性状的表达，所以基因是遗传物质的结构单位。如能够指导相应蛋白质的合成、控制生物体的性状等。
本节“问题探讨”中提到的生长素基因的遗传效应是什么？
生长素基因的遗传效应是使鲤鱼的生长速率加快。
一、说明基因与DNA关系的实例
3.人类基因组计划测定的是24条染色体（22条染色体+X+Y）上的DNA的碱基序列。其中，每条染色体上有一个DNA分子。这24个DNA分子大约有31.6亿个碱基对，其中，构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%。
结论：构成基因的碱基数 < 碱基总数
这说明并不是随便一段DNA就称为基因。基因是一段DNA，但是一段DNA不一定是基因。
一、说明基因与DNA关系的实例
请从DNA水平上给基因下一个定义，要求既能反映基因与DNA的关系， 又能体现基因的作用。
即基因通常是有遗传效应的DNA片段。
--ATGCATGCATCCATGCTAGCCATCCCTAAGGACAG---
--TACGTACGTAGGTACGATCGGTAGGGATTCCTGTC---
基因1
基因2
非基因片段
一个DNA分子上有许多个基因，每一个基因都是特定的DNA片段，有着特定的遗传效应。
遗传效应
指具有复制、转录、翻译、重组突变及调控等功能。
一、说明基因与DNA关系的实例
有些病毒的遗传物质是RNA，
如HIV病毒（艾滋病病毒）、SARS-CoV-2病毒(新冠病毒）等。
对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。
基因通常是有遗传效应的DNA片段，是生物体遗传的功能单位和结构单位
二、基因通常是有遗传效应的DNA片段
T
G
A
A
T
C
T
G
A
A
T
C
外侧：基本骨架，由脱氧核糖和磷酸交替连接（固定不变）
内侧：4种碱基对的排列（可变）
回忆DNA分子结构
哪部分可以代表遗传信息？
遗传信息就蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。
遗传信息：DNA分子中碱基（或碱基对、脱氧核苷酸）的排列顺序。
二、基因通常是有遗传效应的DNA片段
资料1：如果1个碱基对组成1个基因，4种碱基对的排列可能形成4种基因（这仅仅是假设）；如果2个碱基对组成1个基因，则可能形成16（即4×4）种基因；如果3个碱基对组成1个基因，则可能形成64（即4×4×4）种基因。
计算公式：可能组合的基因种类=4n（n为碱基对数）
基 因
1个碱基对
2个碱基对
4×4（42）
3个碱基对
4×4×4（43）
100个碱基对
4100
……
n个碱基对
4n
排列种数
41
……
碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性。
二、基因通常是有遗传效应的DNA片段
资料2： 前面数学模型模拟探究是建立在所有碱基对的随机排列都能构成基因这一假设下的。事实上，大部分随机排列的碱基序列从来不曾出现在生物体内，而有些序列却会在生物体内重复数千甚至数百万次。
在生物体内，基因中的碱基并不是随机排列的。
具有特定的遗传效应
你认为基因是碱基对随机排列成的DNA片段吗？
每个基因都是特定的DNA片段
具有特定的碱基排列顺序
碱基特定的排列顺序，构成了DNA的特异性。
二、基因通常是有遗传效应的DNA片段
怎样理解DNA的多样性和特异性？你能从DNA的结构特点分析生物体 具有多样性和特异性的原因吗？
碱基排列顺序的千变万化
DNA分子的多样性
碱基特定的排列顺序
每个DNA分子的特异性
生物体的多样性
生物体的特异性
DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
二、基因通常是有遗传效应的DNA片段
在刑侦领域，DNA能像指纹一样用来鉴定个人身份。结合脱氧核苷酸序列的多样性和特异性，你能分析这一方法的科学依据吗？
在人类的DNA中，核苷酸序列多样性表现为每个人的DNA几乎不可能完全相同，因此DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。
每个DNA有自己特定的碱基排列顺序
DNA分子的特异性
二、基因通常是有遗传效应的DNA片段
DNA指纹技术
1.高度的特异性；
2.体细胞稳定性：
即同一个人的不同组织如血液、肌肉、毛发、精液等产生的DNA指纹图形完全一致。
染色体
DNA是主要的 。
蛋白质
DNA
基因
脱氧核苷酸
每个DNA分子含有 个基因
基因是有 的DNA片段（本质）
基因在染色体上呈 。
基因是 的基本单位
染色体是DNA的 。
（DNA的载体还有 和 等）
每条染色体含有 个DNA分子
每个基因含有 个脱氧核苷酸
脱氧核苷酸（碱基）的 代表遗传信息。
主要载体
线粒体
叶绿体
1个或2
遗传物质
多
遗传效应
线性排列
决定生物性状
成千上万
排列顺序
二、基因通常是有遗传效应的DNA片段
DNA片段
基因1 基因2 基因3
放大
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
编码区：能转录相应的mRNA，进一步编码（翻译）出蛋白质的DNA区段。
非编码区：不能转录为相应的mRNA，不能编码蛋白质的区段。
二、基因通常是有遗传效应的DNA片段
1.原核生物的基因结构
启动子
终止子
编码区
非编码区
非编码区
编码区上游
编码区下游
连续的、不间隔的
RNA聚合酶识别并结合的位点，驱动基因转录出mRNA。
启动子
本质：
位置：
作用：
是一段有特殊序列结构的DNA片段
位于基因上游
二、基因通常是有遗传效应的DNA片段
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
启动子
终止子
连续的、不间隔的
终止转录。
终止子
本质：
位置：
作用：
也是一段有特殊序列结构的DNA片段
位于基因下游
1.原核生物的基因结构
2.真核生物的基因结构
启动子
终止子
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
间隔的、不连续的
内含子
外显子
外显子
内含子
能转录相应的mRNA，进一步能编码蛋白质的DNA序列。
能转录相应的mRNA，但却不能编码蛋白质的DNA序列。
基因通常是有遗传效应的DNA片段
2
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
启动子
终止子
转录
初级RNA
成熟mRNA
剪切、拼接
2.真核生物的基因结构
原核生物 真核生物
不同点 编码区是 的 编码区是间隔的、 的
相同点 都有能够编码蛋白质的 和 具有调控作用的 区组成的
连续
不连续
编码区
非编码
非编码序列
=非编码区
原核基因
非编码序列
真核基因
=非编码区+内含子
1.下列有关基因、DNA、染色体的说法，
错误的是( 　 )
A.碱基特定的排列顺序构成了每一个DNA分子的特异性
B.随着细胞质基因的发现，
基因与染色体的关系可概括为染色体是基因的主要载体
C.分子大小相同、碱基含量相同的基因所携带的遗传信息一定相同
D.一条染色体上含有1个或2个DNA分子
C
习题巩固
2.本章介绍的艾弗里的实验、赫尔希和蔡斯的实验都证明DNA是遗传物质，这两个实验在设计思路上的共同点是 ( )
A.重组DNA片段，研究其表型效应
B.去掉DNA片段，研究其表型效应
C.设法分别研究DNA和蛋白质各自的效应
D.应用同位素标记技术，研究DNA在亲代与子代之间的传递
C
习题巩固
3.在噬菌体侵染细菌的实验中，下列对噬菌体外壳蛋白质合成的描述，正确的是 ( )
A.氨基酸原料和酶来自细菌
B.氨基酸原料和酶来自噬菌体
C.氨基酸原料来自细菌，酶来自噬菌体
D.氨基酸原料来自噬菌体，酶来自细菌
A
习题巩固
4.烟草花叶病毒(TMV)和车前草病毒(HRV)同属于RNA病毒，都可以使烟草患病。将TMV的RNA和HRV的蛋白质外壳混合后感染烟草叶片，使烟草患病，可能观察到的现象是 ( )
A.能检测到TMV的RNA和蛋白质
B.能检测到HRV的RNA和蛋白质
C.能检测倒TMV的RNA和HRV的蛋白质
D.能检测到HRV的RNA和TMV的蛋白质
A
习题巩固
5.研究人员对数千种生物的DNA碱基序列进行测定发现，没有任何两个物种的DNA序列是 一样的。DNA具有多样性的主要原因是 ( )
A.DNA由4种碱基组成
B.DNA具有规则的双螺旋结构
C.DNA具有碱基互补配对的特点
D.DNA的碱基对有很多种不同的排列顺序
D
习题巩固

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