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第4章 基因的表达
第2节 基因表达与性状的关系 教案
★教学目标
【生命观念】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.概述生物体的表观遗传现象。
【科学思维】说明细胞分化是基因选择性表达的结果。
★教学重点难点
【教学重点】1.基因表达与性状的关系；2.细胞分化的本质是基因的选择性表达；3.表观遗传现象。
【教学难点】表观遗传现象。
★教学过程
【新课导入】
问题探讨：
同一株水毛茛，裸露在空气中的叶和浸在水中的叶，表现出了两种不同的形态。
讨论：
1.这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？
提示：这两种形态的叶，其细胞的基因组成是一样的。
2.这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的？
提示：这两种叶形的差异，可能是由叶片所处的环境因素引起的。
【新课讲授】
一、基因表达产物与性状的关系
PPT展示：实例一、二、三
实例一.豌豆的圆粒和皱粒：编码淀粉分支酶的基因正常 淀粉分支酶正常合成 蔗糖合成为淀粉，淀粉含量升高 淀粉含量高，有效保留水分，豌豆显得圆鼓鼓（性状：圆粒）；
DNA中插入了一段外来DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因 淀粉分支酶出现异常，活性大大降低 蔗糖不合成为淀粉，蔗糖含量升高 淀粉含量低的豌豆由于失水而显得皱缩（性状：皱粒）。
实例二.白化病：编码酪氨酸酶的基因正常 酪氨酸酶正常合成 酪氨酸正常转变为黑色素 表现正常；编码酪氨酸酶的基因异常 酪氨酸酶不能正常合成 酪氨酸不能正常转变为黑色素 不能合成黑色素而表现出白化症状。
实例三.囊性纤维化：是北美白种人中常见的一种遗传病，患者支气管被异常的黏液堵塞，常于幼年时死于肺部感染。
病因：编码CFTR蛋白的基因缺失了3个碱基 CFTR蛋白空间结构发生变化，功能出现异常 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，最终使肺功能严重受损。
实例一豌豆的圆粒和皱粒、实例二白化病得出：
1.基因对性状的间接控制：
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。如豌豆的圆粒和皱粒、白化病等。
实例三囊性纤维化得出：
2.基因对性状的直接控制：
基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。如囊性纤维化等。
囊性纤维化：编码CFTR蛋白的基因缺失了3个碱基 CFTR蛋白空间结构发生变化，功能出现异常 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，最终使肺功能严重受损。
二、基因的选择性表达与细胞分化
【思考】同一生物体中不同类型的细胞，基因都是相同的，而形态、结构和功能却各不相同，这是为什么呢
学生：尝试作答。
【思考·讨论】分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果
小组讨论。问题探讨：
1.这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？
3种基因转录的mRNA分别出现在3种细胞中，表明每种细胞只合成3种蛋白质中的一种。因此，这3种细胞中合成的蛋白质种类不完全相同，虽然有些蛋白质在所有的细胞中都合成，但也有一些特定功能的蛋白质只在特定的细胞中合成。
2.3种细胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因，但只检测到其中一种基因的mRNA，这一事实说明了什么？
这一事实说明，细胞中并不是所有的基因都表达，基因的表达存在选择性。
在不同类型的细胞中，表达的基因大致可以分为两类：
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。如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因；
奢侈基因：只在某类细胞中特异性表达的基因。如卵清蛋白基因、胰岛素基因。
细胞分化的本质：基因的选择性表达。基因的选择性表达与基因表达的调控有关。
【思考·讨论·柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传】
1.上述资料中，柳穿鱼和小鼠性状改变的原因是什么？
柳穿鱼花的形态改变是因为Lcyc基因的部分碱基被高度甲基化，小鼠毛色的改变是因为AVY基因的前端有一段影响AVY基因表达的特殊的碱基序列被甲基化。发生在基因或基因前端的甲基化修饰均导致相关基因的表达受到抑制，进而影响性状。
2.分析资料1，F1的花为什么与植株A的相似？在F2中，为什么有些植株的花与植株B的相似？
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。因此，同时含有这两个基因的F1中，F1的花与植株A的相似。F1自交后，F2中有少部分植株含有两个来自植株B的Lcyc基因，由于该基因的部分碱基被甲基化，基因表达受到抑制，因此，这部分植株的花与植株B的相似。
3.资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点？这对你认识基因和性状的关系有什么启示？
资料1和资料2展示的遗传现象都表现为基因的碱基序列保持不变，但部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达，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。基因的碱基序列保持不变，性状发生改变，这表明基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系，基因的表达受到很多因素的影响，体现了基因与性状之间关系的复杂性。
三、表观遗传
表观遗传是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。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。如同卵双胞胎的微小差异、蜂王和工蜂在形态、结构、生理和行为等方面的不同。
1.常见的调控机制：DNA甲基化修饰。
相关信息：除了DNA甲基化，构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰也会影响基因的表达。
2.发生时期：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；
3.特点：（1）DNA碱基序列不变；（2）可遗传给后代；
4.实例：
（1）柳穿鱼花形遗传
（2）某种小鼠毛色遗传
（3）同卵双胞胎生长发育过程中所具有的差异
（4）蜂王和工蜂的差异
四、基因与性状的关系
大多数生物性状是由一对（个）基因控制的；生物体有一些性状是由多对（个）基因控制的；有的基因也可以影响多个性状；生物体的性状由基因决定，也受环境影响；生物的性状有的是细胞核基因控制的，也有细胞质基因控制的。基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用。这种相互作用形成一个错综复杂的网络，精细的调控着生物体的性状。
基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用。这种相互作用形成一个错综复杂的网络，精细的调控着生物体的性状。
批判性思维：你如何评价基因决定生物体的性状这一观点？
提示：性状的形成往往是内因（基因）与外因（环境）相互作用的结果，并且环境能够通过对基因或染色体上其他成分的修饰，调控基因的表达，进而影响性状。
思维训练：果蝇翅的发育需要经过酶催化的反应，而酶是在基因控制下合成的，酶的活性受温度、pH等条件的影响。
【课堂作业】
1.下列有关基因型、性状和环境的叙述，错误的是（ 　）
A.两个个体的身高不相同，二者的基因型可能相同，也可能不相同
B.某植物的绿色幼苗在黑暗中变成黄色，这种变化是由环境造成的
C.O型血夫妇的子代都是O型血，说明该性状是由遗传因素决定的
D.高茎豌豆的子代出现高茎和矮茎，说明该相对性状是环境决定的
2.人胰岛B细胞能产生胰岛素，但不能产生红细胞中的血红蛋白，根据此推测人胰岛B细胞中（　 ）
A.只有合成胰岛素的基因
B.在细胞分化过程中，基因的数目发生了变化
C.既有合成胰岛素的基因也有合成血红蛋白的基因，但不同细胞遗传信息的执行情况不同
D.只有合成胰岛素的基因和其他基因，但没有合成血红蛋白的基因
3.下列选项中描述的现象不符合表观遗传的是（　 　）
A.柳穿鱼花的形态结构
B.小鼠毛色介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型
C.基因组成相同的同卵双胞胎具有微小差异
D.基因组成相同的男性秃顶，女性不秃顶
【课堂小结】
参考答案 :DCD

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