第2节 基因表达与性状的关系
学 习 目 标 核 心 素 养 1.结合实例,阐述基因控制性状的两种方式。 2.通过对表观遗传概念的理解,明确基因、环境与性状的关系。 1.阐明基因表达与性状的关系。(重点) 2.了解基因的选择性表达与细胞分化。 3.理解表观遗传。(重点)
一、基因表达产物与性状的关系 1．基因对性状的两种控制途径 (1)基因对生物性状的间接控制
①实质：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。 ②举例：
皱粒豌豆的形成 编码淀粉分支酶的基因被插入的DNA序列打乱 ↓ 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 (2)基因对生物性状的直接控制 ①实质：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。 ②实例：囊性纤维化的形成 编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基 ↓
CFTR蛋白缺少苯丙氨酸 ↓
CFTR蛋白空间结构发生变化,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
人的白化病的形成 控制编码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 - 1 -
2．基因与性状的关系
(1)基因通过其表达产物——蛋白质来控制性状,细胞内基因表达与否及表达水平的高低都是受到控制的。
(2)基因与性状的关系并不都是简单的线性关系。 ①一个性状可以受多个基因控制； ②一个基因可以影响多个性状；
③生物体的性状也不完全是由基因决定的,环境对性状也有重要影响。 二、基因的选择性表达与细胞分化
1．生物体多种性状的形成,都是以细胞分化为基础的。 2．细胞分化的实质：基因的选择性表达。 3．表达的基因的类型
(1)在所有细胞中都能表达的基因,指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的,如ATP合成酶基因。
(2)只在某类细胞中特异性表达的基因,如胰岛素基因。 4．基因选择性表达的原因：与基因表达的调控有关。 三、表观遗传
1．概念：生物体基因的碱基序列保持不变,但基因表达和表观发生可遗传变化的现象。 2．例子：蜂群中的蜂王和工蜂。
判断对错(正确的打“√”,错误的打“×”)
1．白化病是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状的。( ) 2．核糖体蛋白基因几乎在所有细胞中表达。( ) 3．同卵双胞胎具有的微小差异与表观遗传有关。( ) 4．基因与性状的关系是一对一的线性关系。( ) 5．生物性状是由基因型和环境共同控制的。( )
6．基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用。( ) 提示：1.× 白化病是基因通过控制酶的合成控制代谢过程,从而控制生物体性状的。 2．√ 3.√
4．× 生物体的一种性状有时受多个基因的影响,有些基因可以影响多种性状。 5．√ 6．√
基因表达产物与性状的关系
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[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 方式 直接途径 基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 间接途径 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个碱白化病：酪氨酸酶基因异常→缺少酪氨酸酶基→CFTR蛋白结构异常→功能异常 →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。
1．下图为人体内基因对性状的控制过程,分析可知( )
A．基因1和基因2一般不会出现在人体内的同一个细胞中 B．图中①过程需要RNA聚合酶的催化,②过程不需要tRNA的协助 C．④⑤过程的结果存在差异的根本原因是血红蛋白结构的不同
D．过程①②③表明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
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D [人体细胞由同一个受精卵增殖、分化而来,基因1和基因2可出现在同一细胞中；图中①过程需要RNA聚合酶的催化,②过程需要tRNA的协助；④⑤过程的结果存在差异的根本原因是基因结构的不同。]
2．下图表示基因的作用与性状的表现之间的关系,下列相关叙述正确的是( )
A．①过程与DNA复制的共同点是都以DNA的一条链为模板,在DNA聚合酶的作用下进行 B．③过程直接需要的物质或结构有mRNA、氨基酸、tRNA、核糖体、酶、ATP
C．人的镰状细胞贫血是通过蛋白质间接表现性状的,苯丙酮尿症是通过蛋白质直接表现性状的
D．HIV、大肠杆菌及T2噬菌体都可以在人体细胞内进行①③这两个基本过程
B [①过程是转录,是以DNA的一条链为模板,在RNA聚合酶的作用下进行的,A项错误；苯丙酮尿症是患者体内某种酶的合成受阻导致的,是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的,C项错误；T2噬菌体的宿主细胞是大肠杆菌细胞,不能侵染人体细胞,D项错误。]
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
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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。
1．人类白化病和苯丙酮尿症是由代谢异常引起的疾病,下图表示在人体代谢中产生这两类疾病的过程。由图中不能得出的结论是( )
A．基因可以通过控制蛋白质的结构来控制生物的性状 B．基因可以通过控制酶的合成来控制生物的性状 C．一个基因可以控制多种性状 D．一种性状可以由多个基因控制
A [苯丙酮酸、多巴胺和黑色素的异常与酶的合成有密切的关系,而酶的合成是由基因控制的；若基因1发生变化,则多巴胺和黑色素的合成都受影响；多巴胺和黑色素的合成也都受多个基因的控制。]
2．果蝇的黑体(v)与灰体(V)是一对相对性状,某实验小组对果蝇的这对相对性状进行遗传研究。如果用含有某种添加剂的食物喂养果蝇,所有的果蝇都是黑体,现有一只用含有该种添加剂的食物喂养的黑体雄果蝇,请设计一个实验探究其基因型。
(1)应选取____________________果蝇与待测果蝇交配。 (2)用________喂养子代果蝇。
(3)通过观察子代果蝇性状,推断待测果蝇的基因型： ①若子代________,则待测果蝇的基因型为VV；
②________________________________________________； ③________________________________________________。
[解析] (1)检测某动物的基因型,常用测交法,即选取多只用不含添加剂的食物喂养的黑体雌果蝇(vv)与待测雄果蝇交配。(2)用不含添加剂的食物喂养子代果蝇。(3)①若子代全为灰体,则待测果蝇的基因型为VV,即VV×vv→Vv；②若子代全为黑体,则待测果蝇的基因型为vv,即vv×vv→vv；③若子代既有灰体,也有黑体,则待测果蝇的基因型为Vv,即
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新教材高中生物第4章基因的表达第2节基因表达与性状的关系教学案新人教版必修第二册
