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第四章 基因的表達
第一節 基因表達與性狀的關系
【學習目標】
1.說明基因控制生物體性狀的兩種方式。
2.闡述細胞分化是基因選擇性表達的結果。
3.概述生物體的表觀遺傳現象。
【基礎梳理】
一、基因表達產物與性狀的關系
1.間接途徑：基因通過控制 來控制 過程，進而控制 。
①關于豌豆的圓粒與皺粒：圓粒豌豆：淀粉含量 →成熟時 ；皺粒豌豆：編碼淀粉分支酶的基因被插入的DNA序列打亂→淀粉分支酶異常，活性大大降低→淀粉合成受阻，含量 →成熟時 。
②白化病癥狀：控制 的基因異常→不能合成 →酪氨酸不能轉變為
→表現出 癥狀。
2.直接途徑：基因通過控制 直接控制生物性狀。
囊性纖維化：編碼CFTR蛋白(一種轉運蛋白)的基因缺失了3個堿基→CFTR蛋白在第508位缺少 → 蛋白結構與功能異常→支氣管中黏液 ，管腔受阻，細菌在肺部大量繁殖，最終使肺功能嚴重受損。
二、基因的選擇性表達與細胞分化
1.基因的類型
①在所有細胞中都表達的基因：指導合成的蛋白質是維持細胞基本生命活動所 的，如 、 。
②只在某類細胞中 表達的基因，如 、 。
2.細胞分化的本質： 。
三、表現遺傳
1.表觀遺傳的概念：生物體基因的堿基序列保持 ，但 和 發生可遺傳變化的現象，叫作表觀遺傳。
表觀遺傳普遍存在于 。
2.基因與性狀的關系并不是簡單的一一對應的關系，一個性狀可以受到 基因的影響。同時，生物體的性狀也不完全是由基因決定的， 對性狀也有著重要的影響。
3.基因與 、基因與 、基因與 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的網絡，精細地調控著生物體的性狀。
【拓展延伸】
基因、蛋白質和性狀的關系
（1）基因與性狀的關系并非簡單的一一對應的線性關系，可以是多個基因決定一個性狀，也可以是一個基因與多個性狀有關，一個性狀可受多個基因影響。
（1）生物的性狀不僅由基因決定，還受環境條件的影響，是基因和環境條件共同作用的結果，即表型=基因型+環境條件
（1）生物的性狀是通過基因與基因、基因與基因產物、基因與環境之間的相互作用在精確控制的
【例題】
如圖為基因與性狀的關系示意圖，下列敘述錯誤的是( )
A.一個基因可以影響和控制一種或多種性狀，多個基因可以影響和控制一種性狀
B.控制性狀F、G的基因是非等位基因，它們的遺傳遵循基因的自由組合定律
C.基因對性狀的控制可以通過控制酶的合成間接控制，也可以通過控制蛋白質的結構直接控制
D.基因對性狀的控制并不是絕對的，也受環境因素的影響
答案：B
解析：由圖可知，A、B、C3種性狀由同一個基因控制，E性狀由3個基因控制，F、G、H性狀分別受一個基因控制，A正確；控制性狀F、G的基因位于同一條染色體上，它們的遺傳不遵循基因的自由組合定律，B錯誤；基因可以通過控制蛋白質的結構直接控制性狀，也可以通過控制酶的合成間接控制性狀，C正確；基因對性狀的控制受環境因素的影響，D正確。
【課堂練習】
1.如圖是人體內苯丙氨酸與酪氨酸代謝的部分途徑，下列相關敘述正確的是( )
A.基因①②③一般不會同時出現在人體內的同一個細胞中
B.當人體衰老時，酶②的活性降低，導致頭發變白
C.苯丙酮尿癥的患者基因①有缺陷，不能合成黑色素，同時會患上白化病
D.基因①②③的功能說明基因通過控制酶的合成從而控制生物的性狀
2.下列有關基因、蛋白質和性狀三者間關系的敘述正確的是( )
A.基因控制蛋白質的合成包括復制、轉錄和翻譯三個過程
B.豌豆的皺粒和圓粒這對相對性狀的形成說明基因可以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
C.人的白化癥狀的形成說明基因可以通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀
D.基因與性狀的關系都是簡單的線性關系，如人的身高只是由單個基因決定的，而且不受環境影響
3.柳穿魚花的形態結構與Lcyc基因的表達直接相關。如圖表示兩株體內Lcyc基因序列相同的柳穿魚植株A和植株B，除了花的形態結構不同，其他方面基本相同。下列說法正確的是( )
A.柳穿魚的葉肉細胞內不存在Lcyc基因
B.兩株柳穿魚體內的Lcyc基因表達時期相同
C.兩植株雜交，F1自交的 F2中沒有與植株B相似的花
D.植株B的Lcyc基因不表達的原因可能是它被高度甲基化
4.下列不屬于表觀遺傳特點的是( )
A.表型可以遺傳給后代 B.基因表達水平發生改變
C.沒有DNA堿基序列的改變 D.不受外界環境條件的影響
5.下列有關生物體內基因與酶關系的敘述，正確的是( )
A.絕大多數酶是基因轉錄的重要產物
B.酶和基因都是細胞內染色體的組成成分
C.基因控制生物的性狀有些是通過控制酶的合成實現的
D.只要有某種酶的基因，細胞中就有相應的酶
6.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：
檢測的3種細胞 卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰島素基因 卵清蛋白mRNA 珠蛋白mRNA 胰島素mRNA
輸卵管細胞 +++ + - -
紅細胞 +++ - + -
胰島細胞 +++ - - +
說明：“+”表示檢測發現相應的分子，“-”表示檢測未發現相應的分子。
請回答下列問題：
（1）雞卵清蛋白基因的化學本質是_____，其基本組成單位是_____。
（2）雞的輸卵管細胞、紅細胞和胰島細胞中含有的基因種類相同，原因是_____。
（3）雞的卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰島素基因中，能在紅細胞和胰島細胞表達的基因分別是_____。
（4）雞的輸卵管細胞、紅細胞和胰島細胞中含有的蛋白質種類_____（填“相同”“不同”或“不完全相同”）。
（5）上述實驗表明，不同類型細胞的生理功能差異與_____有關。
【答案以及解析】
1.答案：B
解析：A、人體是由一個受精卵發育而來，體細胞中所含的遺傳信息相同； B、當人體衰老時，酶②的活性降低，酪氨酸轉化成黑色素的效率降低，導致頭發變白；C、苯丙酮尿癥患者可能是白化癥患者；D、基因①②是基因通過控制酶的合成控制生物性狀，基因③是基因通過控制蛋白質結構控制生物性狀。
2.答案：B
解析：基因控制蛋白質的合成即基因指導蛋白質的合成，包括轉錄和翻譯；基因可以通過控制酶的合成控制代謝過程，進而控制生物體的性狀，即基因對性狀的間接控制，例如豌豆的皺粒和圓粒這對相對性狀的形成；白化病的形成說明基因可以通過控制酶的合成控制代謝過程，進而控制生物體的性狀；性狀不僅受基因的控制，還受環境的影響，且基因與性狀不是簡單的一對一的關系，可以一對多，也可以多對一；故選B。
3.答案：D
解析：植株A和植株B體內含有Lcyc基因，說明葉肉細胞內也存在Lcyc基因，A錯誤；柳穿魚花的形態結構與Lcyc基因的表達直接相關，由于基因的選擇性表達，Lcyc基因表達時期不一定相同，B錯誤；兩植株雜交，F1自交的F2會出現性狀分離，可能存在與植株B相似的花，C錯誤；植株B的Lcyc基因不表達，可能的原因是Lcyc基因高度甲基化，不能與RNA聚合酶結合，故無法轉錄產生mRNA，也就無法翻譯合成Lcyc，D正確。
4.答案：D
解析：表觀遺傳的特點是在基因的堿基序列保持不變的情況下，基因的表達水平發生變化，并產生可遺傳的表型；外界環境條件可影響DNA的甲基化水平等，從而會造成表觀遺傳現象，D符合題意。
5.答案：C
解析：大多數酶的化學本質是蛋白質，是基因表達的產物，染色體的主要成分是DNA和蛋白質，基因是選擇性表達的。
6.答案：（1）DNA片段；脫氧核苷酸
（2）這些都是由受精卵通過有絲分裂而來的，遺傳物質相同
（3）珠蛋白基因；胰島素基因
（4）不完全相同
（5）基因的選擇性表達
解析：（1）基因是具有遺傳效應的DNA片段，基本單位是脫氧核糖核苷酸。
（2）同一個體的細胞均來自同一個受精卵，有絲分裂中遺傳物質復制并精確平分。
（3）據表格分析可知，卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰島素基因在特定細胞中表達。
（4）細胞分化是基因選擇性表達的結果，形成的蛋白質不完全相同。
（5）細胞分化的實質是基因選擇性表達。
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