資源簡介

第四章 基因的表達
第2節 基因表達和性狀的關系
（一）教學目標
1、通過從基因表達的角度分析皺粒豌豆與圓粒豌豆、白化病和囊性纖維化，掌握基因通過基因表達產物來控制生物性狀的兩種方式。
2、通過對柳穿魚花的形態結構與小鼠毛色的遺傳的分析，了解表觀遺傳現象，理解表觀遺傳的主要特點。
（二）教學重難點
1、教學重點
（1）基因表達產物與性狀的關系、基因與性狀的關系。
（2）基因的選擇性表達與細胞分化。
2、教學難點
（1）基因表達產物與性狀的關系、基因與性狀的關系。
（2）表觀遺傳
（三）教學過程
一、創設情境、導入新課
PPT展示水毛茛的圖片，同一株水毛茛水上的葉片和水中的葉片。葉片的形狀差距巨大
思考
水毛茛裸露在空氣中的葉，與浸在水中的葉的基因型是否相同？葉形不同的原因是什么？
相同；水中的氧含量低于空氣中的氧氣量，環境影響了基因的表達。
基因，蛋白質和性狀有怎樣的關系？
基因指導蛋白質的合成，基因控制生物的性狀蛋白質是生命活動的主要承擔者。
二、基因與表達產物的關系（一）
1、實例1：圓粒豌豆和皺粒豌豆
（1）圓粒豌豆：編碼淀粉分支酶的基因正常，淀粉分支酶活性正常，淀粉分支酶促進淀粉的合成，這樣，當豌豆成熟時，淀粉含量高的豌豆具有保留水分的作用，當豌豆成熟時，淀粉含量高的豌豆能有效地保留水分，十分飽滿。
（2）皺粒豌豆：皺粒豌豆的DNA中插人了一段外來DNA序列，打亂了編碼淀粉分支酶的基因,導致淀粉分支酶出現異常，活性大大降低，進而使細胞內淀粉含量降低。當豌豆成熟時，淀粉含量低的豌豆由于失水而皺縮
實例2：白化病
（1）白化病患者體內缺乏黑色素，全身皮膚呈乳白或粉紅色，毛發為白或淡黃色（圖1)。由于缺乏黑色素的保護，患者皮膚對光線高度敏感，日曬后易發生曬斑和各種光感性皮炎，并可發生基底細胞癌或鱗狀細胞癌。白化病的患病原因是患者體內的酪氨酸酶缺乏或功能減退，使得黑色素不能正常合成。
通過上述兩個實例證明：基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀。
三、基因與表達產物的關系（二）
導入：基因通過轉錄翻譯形成蛋白質，蛋白質除了有催化作用外，還具有結構蛋白、轉運等功能。那么基因還能怎樣控制生物性狀呢？
實例1：囊性纖維化
囊性纖維化是北美白種人常見的一種遺傳病，每1800個人中就有一個患者，每25個人中就有一個致病基因攜帶者。該病的病因是基因的堿基序列缺失了3個堿基，使得所編碼的氯離子載體蛋白中少了一個氨基酸，導致細胞對氯離子的轉運發生異常，造成黏液分泌過多，堵塞呼吸道，誘發感染。
實例2：鐮刀型細胞貧血癥
鐮狀細胞貧血也叫鐮刀型細胞貧血癥。是一種遺傳病。正常人的紅細胞是中央微凹的圓餅狀。鐮狀細胞貧血患者的紅細胞卻是彎曲的鐮刀狀這樣的紅細胞不僅運輸氧氣的能力降低，而且極易破裂，使人患溶血性貧血，嚴重時會導致死亡。
通過上述兩個實例證明：基因通過控制蛋白質的結構，直接控制生物體的性狀。
四、基因的選擇性表達和細胞分化
1、[資料]科學家提取了雞的輸卵管細胞、紅細胞（有細胞核）和胰島細胞，對這3種細胞中的DNA和mRNA進行了檢測，結果如下表所示。
從上述資料分析可以得出：
1. 同一生物體不同類型的細胞或不同發育階段的細胞都含有相同的DNA，但并非所有的基因都表達。
2. 基因表達的產物不僅決定細胞的形態結構，而且決定細胞的生理功能。
3. 細胞中的全部基因只是為生物體提供了生命活動的藍圖，不同細胞在特定時空發生著基因的選擇性表達。
4. 細胞分化的本質就是基因選擇性表達。
五、表觀遺傳
導入：在經典遺傳學中，基因的序列才能決定遺傳。然而，越來越多的證據告訴我們，即使基因序列不變，后代的性狀也可能會因父母的習慣而改變。
研究表明：大吃大喝的祖輩帶來患糖尿病概率高的孩子；抽煙的父親擁有體重超標概率高的孩子；是這些孩子的基因改變了嗎？不是，另一種遺傳學，正在向我們解釋這些現象，形成我們不得不正視的遺傳新領域——表觀遺傳學。
實例1：柳穿魚花
柳穿魚花的形態結構與Lcyc基因的表達直接相關。上圖所示的兩株柳穿魚，它們體內Lcyc基因的序列相同，只是植株A的Lcyc基因在開花時表達，植株B的Lcyc基因不表達。研究表明，植株B的Lcyc基因不表達的原因是它被高度甲基化。
實例2：不同毛色的小鼠
將純種黃色體毛的小鼠與純種黑色體毛的小鼠雜交，子一代小鼠的基因型都是Avya,卻表現出不同的毛色：介于黃色和黑色之間的一系列過渡類型。Avy基因的前端具有多個可發生DNA甲基化修飾的位點。當這些位點沒有甲基化時，Avy基因正常表達，小鼠表現為黃色；當這些位點甲基化后，Avy基因的表達就受到抑制。這段堿基序列的甲基化程度越高，Avy基因的表達受到的抑制越明顯，小鼠體毛的顏色就越深。
3、表觀遺傳
(1)定義:生物體基因的堿基序列保持不變,但基因表達和表型發生回可遺傳變化的現象,叫作表觀遺傳。
(2)存在時期:表觀遺傳現象普遍存在于生物體的團生長、發育和衰老 的整個生命活動過程
(3) 產生原因：環境誘發基因甲基化
(4)實例:同卵雙胞胎的微小差異;蜂王與工蜂在形態、結構、生理和行為上的不同。
六、基因與性狀的關系：
①一個基因 → 一個性狀
②多個基因 → 一個性狀
例如： 人的身高是由多個基因決定的。
③一個基因 → 多個性狀
例如： 水稻Ghd7基因編碼的蛋白質不僅參與開花的調控，而且對水稻的生長、發育和產量都有重要作用。
七、生物性狀與環境的關系
實例1：遺傳學家曾做過這樣的實驗:果蠅幼蟲正常的培養溫度為25℃，將剛孵化的殘翅果蠅幼蟲放在31℃的環境中培養，得到了一些翅長接近正常的果蠅成蟲，這些翅長接近正常的果蠅在正常環境溫度下產生的后代仍然是殘翅果蠅。
結論：生物體的性狀不完全由基因決定，還受環境影響。
八、基因與性狀的關系
基因與基因、基因與基因產物、基因與環境之間存在著復雜的相互作用，這種相互作用形成了一個錯綜復雜而又繁而有序的網絡，精細地調控著生物體的性狀。

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