第3節(jié)遺傳信息控制生物的性狀

第2課時(shí)中心法則、細(xì)胞分化的本質(zhì)、表觀遺傳1.能闡明中心法則的具體內(nèi)容。2.能概述細(xì)胞分化的本質(zhì)。3.能闡明表觀遺傳的作用機(jī)制?！伴偕茨蟿t為橘，生于淮北則為積，葉徒相似，其實(shí)味不同。所以然者何？水土異也?！?右圖)像這種隨環(huán)境不同，生物性狀發(fā)生改變的例子非常普遍。為什么相同的生物在不同的環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)性狀差異？基因、蛋白質(zhì)、性狀三者間究竟有怎樣的關(guān)系？為什么生物在不同的發(fā)育階段會(huì)先后出現(xiàn)不同的性狀？南橘（上）北枳（下）回憶DNA復(fù)制、基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成過(guò)程，嘗試畫(huà)出一張遺傳信息的傳遞方向圖。DNA→DNADNA→RNARNA→蛋白質(zhì)前情回顧1957年，克里克－－中心法則DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯復(fù)制根據(jù)DNA復(fù)制、基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成過(guò)程，畫(huà)出遺傳信息的傳遞方向示意圖。弗朗西斯·克里克1.中心法則一、中心法則詮釋了基因與生物性狀的關(guān)系1.流行性感冒病毒等RNA病毒，在感染人體后，它們的RNA能夠自我復(fù)制并以自身為模板指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。2.勞斯肉瘤病毒等RNA病毒，能以自身RNA為模板反向合成一段DNA，再以這段DNA為模板，互補(bǔ)合成病毒RNA。3.朊病毒是一類(lèi)不含核酸而僅由蛋白質(zhì)構(gòu)成的具有感染性的因子。朊病毒與正常蛋白質(zhì)接觸后能改變其折疊狀態(tài)，將其變?yōu)殡貌《?。朊病毒能引起羊瘙癢癥、瘋牛病。遺傳信息流是單向的嗎?積極思維質(zhì)疑根據(jù)上述事實(shí)，我們會(huì)質(zhì)疑克里克提出的中心法則嗎?如果有修改意見(jiàn)，怎樣標(biāo)示在下圖呢?逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄RNA翻譯蛋白質(zhì)遺傳信息流是單向的嗎?積極思維生物種類(lèi)遺傳信息的傳遞過(guò)程以DNA作為遺傳物質(zhì)的生物原核生物真核生物DNA病毒以RNA作為遺傳物質(zhì)的生物某些RNA病毒逆轉(zhuǎn)錄病毒翻譯蛋白質(zhì)復(fù)制DNA轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制RNA蛋白質(zhì)翻譯蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄DNARNA逆轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制不同生物遺傳信息傳遞的過(guò)程與遺傳信息流動(dòng)有關(guān)的幾個(gè)過(guò)程比較：模板產(chǎn)物原料酶堿基互補(bǔ)DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯RNA復(fù)制逆轉(zhuǎn)錄DNADNARNARNAmRNA脫氧核苷酸核糖核苷酸核糖核苷酸氨基酸脫氧核苷酸DNADNARNARNA多肽A-TT-AG-CC-GA-UT-AG-CC-GA-UU-AG-CC-GA-TU-AG-CC-GA-UU-AG-CC-G解旋酶DNA聚合酶RNA聚合酶RNA聚合酶逆轉(zhuǎn)錄酶DNA聚合酶肽酰轉(zhuǎn)移酶1.

基因通過(guò)控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀實(shí)例1：囊性纖維化的形成機(jī)制囊性纖維化是美國(guó)高加索人中一種常見(jiàn)的遺傳病，每1800個(gè)人中就有一個(gè)患者，每25個(gè)人中就有一個(gè)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(gè)堿基，使得所編碼的氯離子載體蛋白中少了一個(gè)氨基酸，導(dǎo)致細(xì)胞對(duì)氯離子的轉(zhuǎn)運(yùn)發(fā)生異常，造成黏液分泌過(guò)多，堵塞呼吸道，誘發(fā)感染。CFTR（囊性纖維）基因缺失了三個(gè)堿基(堿基缺失)CFTR蛋白缺少一個(gè)苯丙氨酸，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)異常，從而使其功能異常。導(dǎo)致患者支氣管內(nèi)黏液增多黏液清除困難，細(xì)菌繁殖，肺部感染?；虮磉_(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系2.

基因通過(guò)控制酶的合成一定要控制代謝過(guò)程，進(jìn)而控制生物體的性狀實(shí)例1：人類(lèi)白化病形成的機(jī)理白化病患者體內(nèi)缺乏黑色素，全身皮膚呈乳白或粉紅色，毛發(fā)為白或淡黃色（圖1)。由于缺乏黑色素的保護(hù)，患者皮膚對(duì)光線高度敏感，日曬后易發(fā)生曬斑和各種光感性皮炎，并可發(fā)生基底細(xì)胞癌或鱗狀細(xì)胞癌。白化病的患病原因是患者體內(nèi)的酪氨酸酶缺乏或功能減退，使得黑色素不能正常合成。圖1白化病患者基因AmRNA酪氨酸酶酪氨酸中間產(chǎn)物黑色素轉(zhuǎn)錄翻譯圖2合成黑色素的代謝途徑(1)基因決定生物性狀①一個(gè)基因一種性狀控制②一個(gè)基因多種性狀控制③多個(gè)基因一種性狀控制

水稻中的Ghd7基因編碼的蛋白質(zhì)不僅參與了開(kāi)花的調(diào)控，而且對(duì)水稻的生長(zhǎng)、發(fā)育和產(chǎn)量都有重要作用。人的身高是由多個(gè)基因決定的，其中每個(gè)基因?qū)ι砀叨加幸欢ǖ淖饔谩?.基因與性狀的關(guān)系基因與性狀的關(guān)系并不是簡(jiǎn)單一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系25℃下培養(yǎng)它們產(chǎn)生的后代

如后天的營(yíng)養(yǎng)和體育鍛煉等對(duì)人的身高也有重要作用。如剛孵化的殘翅果蠅幼蟲(chóng)31℃下培養(yǎng)得到了一些翅長(zhǎng)接近正常的果蠅成蟲(chóng)殘翅果蠅(2)生物性狀還會(huì)受到環(huán)境等條件的影響

為什么基因組內(nèi)的遺傳信息會(huì)在特定發(fā)育階段、特定組織部位、特定細(xì)胞類(lèi)型上有不同的表達(dá)呢?多莉羊的成功克隆說(shuō)明乳腺細(xì)胞含有全套基因組序列。每個(gè)人都來(lái)自一個(gè)受精卵，但受精卵通過(guò)分裂和分化形成了約200種不同類(lèi)型的細(xì)胞，如血細(xì)胞、肌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞，每種類(lèi)型細(xì)胞中的DNA序列都是相同的。[資料1]科學(xué)家提取了雞的輸卵管細(xì)胞、紅細(xì)胞（有細(xì)胞核）和胰島細(xì)胞，對(duì)這3種細(xì)胞中的DNA和mRNA進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果如下表所示。1.這3種細(xì)胞中合成的蛋白質(zhì)種類(lèi)有什么差別？2.3種細(xì)胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰島素基因，但只檢測(cè)到其中一種基因的mRNA,這一事實(shí)說(shuō)明了什么？檢測(cè)的3種細(xì)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(xì)胞++++－－紅細(xì)胞+++－+－胰島細(xì)胞+++－－+說(shuō)明：“+”表示檢測(cè)發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的分子，“－”表示檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的分子二、細(xì)胞分化的本質(zhì)從上述資料分析可以得出：1.同一生物體不同類(lèi)型的細(xì)胞或不同發(fā)育階段的細(xì)胞都含有相同的DNA，但并非所有的基因都表達(dá)。2.基因表達(dá)的產(chǎn)物不僅決定細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)，而且決定細(xì)胞的生理功能。3.細(xì)胞中的全部基因只是為生物體提供了生命活動(dòng)的藍(lán)圖，不同細(xì)胞在特定時(shí)空發(fā)生著基因的選擇性表達(dá)。細(xì)胞分化的本質(zhì)就是基因選擇性表達(dá)奢侈基因只在某些細(xì)胞中特異性表達(dá)的基因。比如：卵清蛋白基因、胰島素基因。

細(xì)胞中的基因可以分為兩類(lèi)管家基因所有細(xì)胞中都表達(dá)的基因，指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)是維持細(xì)胞基本生命活動(dòng)所必須的。比如：核糖體蛋白基因，ATP合成酶基因。細(xì)胞分化的本質(zhì)——基因的選擇性表達(dá)例如，不參與編碼蛋白質(zhì)的微RNA(miRNA)也能在轉(zhuǎn)錄后介導(dǎo)對(duì)mRNA的降解，一些miRNA具有組織特異性和時(shí)序性，即只在特定的組織或某個(gè)發(fā)育階段起著調(diào)控作用。1.基因選擇性表達(dá)的機(jī)制非常復(fù)雜，涉及多種調(diào)控方式。2.細(xì)胞分化是多細(xì)胞生物個(gè)體發(fā)育的基礎(chǔ)。

基因選擇性表達(dá)造成了細(xì)胞分化，形成了在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上不同的細(xì)胞類(lèi)型。不同類(lèi)型的細(xì)胞形成了組織、器官(系統(tǒng))和個(gè)體。干細(xì)胞造血干細(xì)胞脂肪細(xì)胞肝臟骨骼心臟免疫系統(tǒng)肌肉細(xì)胞神經(jīng)細(xì)胞血細(xì)胞表觀遺傳：生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達(dá)和表型發(fā)生可遺傳變

化的現(xiàn)象，叫作表觀遺傳。（教材P65頁(yè)）三、表觀遺傳及其作用機(jī)制柳穿魚(yú)的形態(tài)結(jié)構(gòu)的遺傳——DNA甲基化

柳穿魚(yú)花的形態(tài)結(jié)構(gòu)與Lcyc基因的表達(dá)直接相關(guān)。如圖所示的兩株柳穿魚(yú)，它們體內(nèi)的Lcyc基因的序列相同，只是植株A的Lcyc基因在開(kāi)花時(shí)表達(dá)，植株B的Lcyc基因不表達(dá)。研究表明，植株B的Lcyc基因不表達(dá)的原因是它被高度甲基化（Lcyc基因有多個(gè)堿基連接甲基基團(tuán)）。柳穿魚(yú)是一種園林花卉。其花的形態(tài)結(jié)構(gòu)有兩種形態(tài)。植株A植株B柳穿魚(yú)花的形態(tài)結(jié)構(gòu)的遺傳Lcyc基因正常開(kāi)花時(shí)表達(dá)Lcyc基因高度甲基化開(kāi)花時(shí)不表達(dá)植株A植株B×植株A?絕大部分與植株A相似少大部分與植株B相似植株B的Lcyc基因高度甲基化，使其不表達(dá)。DNA甲基化DNA甲基化DNA甲基化后轉(zhuǎn)錄異常表觀遺傳1.除了DNA甲基化，構(gòu)成染色體的組蛋白發(fā)生甲基化、乙?；刃揎椧矔?huì)影響基因的表達(dá)。（教材P74，相關(guān)信息）H3組蛋白修飾與染色質(zhì)活性的關(guān)系

在蜂王和工蜂的腦中具有不同的DNA甲基化特征，而被敲除Dnmt3基因的蜜蜂的腦中，其DNA甲基化特征與那些由蜂王漿誘導(dǎo)的正常蜂王相似?？梢?jiàn)，持續(xù)取食蜂王漿的營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)之與DNA甲基化有關(guān)。

DNA序列信息、表觀遺傳信息和環(huán)境信息之間相互作用，共同調(diào)控著生物的各種生命活動(dòng)。2.表觀遺傳現(xiàn)象普遍存在于生物體的生長(zhǎng)、發(fā)育和衰老的整個(gè)生命活動(dòng)過(guò)程中。同卵雙胞胎吸煙會(huì)使人的體細(xì)胞內(nèi)的DNA的甲基化水平升高，而戒煙多年后，DNA的甲基化水平會(huì)降低。3.表觀遺傳的特點(diǎn)可遺傳性01不改變DNA的堿基配對(duì)特性02DNA的堿基序列不變03可逆性04中心法則詮釋了基因與生物性狀的關(guān)系細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)分化的實(shí)質(zhì)不同類(lèi)型細(xì)胞中基因表達(dá)的分類(lèi)表觀遺傳間接：基因→酶→代謝過(guò)程→性狀直接：基因→蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)→性狀概念修飾類(lèi)型實(shí)例表觀遺傳的特點(diǎn)1．如圖是中心法則圖解，中心法則揭示了生物的遺傳信息傳遞的一般規(guī)律，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（

）

A．五個(gè)過(guò)程都會(huì)發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)B．c過(guò)程還需要tRNA和核糖體參與C．某些病毒增殖時(shí)可發(fā)生d過(guò)程，需逆轉(zhuǎn)錄酶D．在所有的真核細(xì)胞中，a和b、c三個(gè)過(guò)程均可發(fā)生D2．在遺傳信息的傳遞過(guò)程中，一般不可能發(fā)生的是（）A．DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄及翻譯過(guò)程都遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則B．核基因轉(zhuǎn)錄形成的mRNA穿過(guò)核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行翻譯過(guò)程C．DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄都是以DNA一條鏈為模板，翻譯則是以mRNA為模