生物學必修二《遺傳與進化》第26講

基因表達與性狀的關(guān)系1.舉例說明基因通過控制酶的合成或蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)控制生物體的性狀；2.說明細胞分化是基因選擇性表達的結(jié)果；3.概述生物體的表觀遺傳現(xiàn)象。內(nèi)容要求目錄Contents02基因的選擇性表達與細胞分化01基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系03表觀遺傳04基因與性狀間的對應關(guān)系00復習引入蜂王體型細長而穩(wěn)重，比工蜂長1/3，腹部較大，末端有螫針，腹下無蠟腺，翅膀僅覆蓋腹部的一半，足沒有工蜂的足粗壯，后足無花粉筐。其壽命一般在三至五年，最長可活八九年。蜂王負責產(chǎn)卵繁衍后代，同時“統(tǒng)治”這個大家族。蜂王雖然經(jīng)過交配，但不是所產(chǎn)的卵都受了精。它可以根據(jù)群體大家族的需要產(chǎn)下受精卵，工蜂喂以花粉、蜂蜜，21天后發(fā)育成工蜂；也可以產(chǎn)下未受精卵，24天后發(fā)有成雄蜂。蜂王工蜂從外在看因為蜂王幼蟲吃的是蜂王漿，住的是大蜂巢，從內(nèi)在看，蜂王漿、大蜂巢等減少了基因甲基化，使幼蟲得以發(fā)育成蜂王，而工蜂幼蟲的甲基化太高只能發(fā)育成工蜂，體型、生殖能力都有差別?；虮磉_性狀資料1豌豆的圓粒和皺粒與圓粒豌豆不同的是，皺粒豌豆的DNA中插入了一段外來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(xiàn)異常，活性大大降低，進而使細胞內(nèi)淀粉含量降低。淀粉在細胞中具有保留水分的作用，所以淀粉含量高的豌豆能有效保留水分，十分飽滿；而淀粉含量低的豌豆由于失水而皺縮。01基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系思考·討論1構(gòu)建模型：用流程圖來表示皺粒豌豆的形成機制。01基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系基因：____________________基因表達產(chǎn)物：___________代謝過程：________________性狀：____________________皺粒豌豆1.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思考·討論101基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系思考·討論201基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系囊性纖維病囊性纖維病是北美白種人中常見的一種遺傳病，患者支氣管被異常的黏液堵塞，常于幼年時死于肺部感染。研究表明，在大約70%的囊性纖維病患者中，編碼CFTR蛋白（一種轉(zhuǎn)運蛋白）的基因缺失了3個堿基，導致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使CFTR轉(zhuǎn)運氯離子的功能異常，導致患者支氣管中黏液增多，管腔受阻，細菌在肺部大量生長繁殖，最終使肺功能嚴重受損。構(gòu)建模型：用流程圖來表示囊性纖維病的致病機理。思考·討論201基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系CFTR蛋白轉(zhuǎn)運氯離子的功能異常編碼CFTR蛋白的基因缺失3個堿基CFTR蛋白在508位缺少苯丙氨酸支氣管黏液增多，管腔受阻，細菌在肺部大量繁殖，肺功能受損CFTR蛋白空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化2.基因通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀。01基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系轉(zhuǎn)錄作為酶來控制代謝過程翻譯蛋白質(zhì)基因RNA性狀蛋白質(zhì)直接參與生命活動間接控制：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；直接控制：基因通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀；02基因的選擇性表達與細胞分化思考·討論3(2)細胞分化的本質(zhì)：

。(3)細胞分化的結(jié)果由于基因的選擇性表達，導致來自同一個體的體細胞中

和

不完全相同，從而導致細胞具有不同的形態(tài)和功能。(4)細胞分化的本質(zhì)就是

?；虻倪x擇性表達mRNA蛋白質(zhì)基因的選擇性表達02基因的選擇性表達與細胞分化思考·討論3(1)基因類型管家基因：在所有細胞中都能表達的基因奢侈基因：只在某類細胞中特異性表達的基因03表觀遺傳資料5柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)（見教材）資料6小鼠毛色的遺傳（見教材）1.上述資料中，柳穿魚和小鼠性狀改變的原因是什么？思考·討論3柳穿魚花的形態(tài)改變是因為Lcyc基因的部分堿基被高度甲基化，小鼠毛色的改變是因為Avy基因的前端有一段影響Avy基因表達的特殊的堿基序列被甲基化。發(fā)生在基因或基因前端的甲基化修飾均導致相關(guān)基因的表達受到抑制，進而影響性狀。03表觀遺傳資料5柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)（見教材）資料6小鼠毛色的遺傳（見教材）2.什么是DNA“甲基化”？會帶來什么影響？思考·討論33.根據(jù)資料5判斷，DNA甲基化可以遺傳嗎？抑制基因的表達，對表型產(chǎn)生影響可以遺傳03表觀遺傳DNA甲基化的原理以及傳遞甲基化是一種酶催化反應，承擔該催化作用的主要是DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（簡稱為DNMT）。DNA在復制過程中，如果有DNMT的持續(xù)作用，則復制產(chǎn)生的DNA依然保持甲基化狀態(tài)，進而遺傳給子代。拓展閱讀103表觀遺傳DNA甲基化的原理以及傳遞拓展閱讀103表觀遺傳拓展閱讀1資料5柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)（見教材）資料6小鼠毛色的遺傳（見教材）4.資料5和資料6展示的遺傳現(xiàn)象有什么共同點？兩個資料中的遺傳現(xiàn)象都表現(xiàn)為基因的堿基序列保持不變，但部分堿基發(fā)生了甲基化修飾，抑制了基因的表達，進而對表型產(chǎn)生影響。這種DNA甲基化修飾可以遺傳給后代，使后代出現(xiàn)同樣的表型。03表觀遺傳(1)概念：生物體基因的

保持不變，但

和

發(fā)生可遺傳變化的現(xiàn)象。(2)特點①可遺傳：基因表達和表型可以遺傳給后代。②不變性：基因的堿基序列保持不變。③可逆性：DNA的甲基化修飾可以發(fā)生可逆性變化，即被修飾的DNA可能發(fā)生去甲基化。堿基序列基因表達表型03表觀遺傳(3)理解表觀遺傳應注意的三個問題①表觀遺傳不遵循孟德爾遺傳規(guī)律。②表觀遺傳可以通過有絲分裂和減數(shù)分裂傳遞被修飾的基因。③表觀遺傳一般是影響到基因的轉(zhuǎn)錄過程，進而影響蛋白質(zhì)的合成。(4)機制：DNA的

；

的甲基化和乙?；取?5)意義：表觀遺傳可以使生物打破DNA變化緩慢的限制，生物體對環(huán)境變化能做出“及時”的應對，提高了生物對環(huán)境的適應性，為生物進化提供了原材料，對于種群的繁衍和生存可能有利。甲基化組蛋白03表觀遺傳拓展閱讀2生活習慣的改變對后代的性狀產(chǎn)生影響

20世紀90年代，瑞典科學家拜格林(LarsOlovBygren)對瑞典北部的諾伯頓地區(qū)的居民壽命進行了調(diào)查和研究。諾伯頓位于北極圈以內(nèi)，地廣人稀，而且交通不便，那里糧食收成極不穩(wěn)定，對人的生活影響很大。當年景不佳而歉收時，人們就會忍饑挨餓；當風調(diào)雨順而豐收時，人們又會大吃大喝。拜格林的調(diào)查研究結(jié)果表明：1.如果祖父輩在青春期前有大吃大喝的經(jīng)歷，那么，他們子孫的壽命就比較短，患糖尿病的概率也會相應增加。2.在青春期前挨餓的祖父，其孫子患心血管疾病的概率就會相應降低；在青春期前大吃大喝的祖母，其孫女死于心血管疾病的概率會明顯增加。3.如果父親在11歲前就開始抽煙，那么他的兒子在9歲時體重超標的概率會增加。03表觀遺傳拓展閱讀2

以上資料表明，祖輩或父輩的生活印記以某種方式遺傳給了子孫。這樣的結(jié)果似乎與我們已有的概念相悖，以往的知識和經(jīng)驗顯示，一代人的生活經(jīng)歷只是對自己本身產(chǎn)生一些影響，一般不會影響下一代。因為DNA是很穩(wěn)定的分子，細胞里有一整套修復受損DNA的機制。在高等生物中，DNA復制的精確度很高，因此DNA中基因序列變化的速度很慢，僅1?2代是難以完成的。

然而，這樣的現(xiàn)象并不是偶然的，科學家在動物中也發(fā)現(xiàn)類似的情況：

2009年，美國芝加哥拉什大學醫(yī)學中心和塔夫茨大學醫(yī)學院的科學家對一些小鼠的遺傳基因施行人為突變，使其智力出現(xiàn)缺陷。然后將這些小鼠置于特定的環(huán)境中進行刺激，引起它們的注意，并提供各種玩具進行頻繁的練習。兩個星期后，這些小鼠的記憶力(并非記憶的信息)缺陷得到了恢復。這些小鼠的后代雖然也有與親代相同的基因變化，但是它們即便沒有做過玩具練習，其記憶能力也并未表現(xiàn)出缺陷。可見，像記憶能力這種與精神活動有關(guān)的特性也可以通過上一代的生活經(jīng)歷遺傳給下一代。03表觀遺傳拓展閱讀2研究還發(fā)現(xiàn)：1.讓雌性小鼠攝入高脂肪的食物，它們第3代中的雌性會出現(xiàn)體型變大和對胰島素敏感度下降的現(xiàn)象。2.用格爾德霉素(geldanamycin)對果蠅進行處理，該藥物能干擾果蠅眼睛的正常發(fā)育，果蠅的眼睛上就會長出贅疣。這些果蠅的后代即使不再接觸格爾德霉素，它們的眼睛上還是會長出贅疣，這種性狀甚至可以傳到第13代。3.給線蟲喂食某種細菌，它們的體型就會變得又小又圓。而這些線蟲的后代即使從不接觸該種細菌，這種體型上的變化仍然可以持續(xù)，甚至到第40代。思考·討論1.從閱讀資料中，可以得出什么結(jié)論？2.請撰寫倡導健康文明生活的標語，并向身邊的人進行宣傳。03表觀遺傳拓展閱讀2即使親代傳遞給后代的DNA序列沒有改變，親代在生活中由于生活環(huán)境或生活習慣的改變而引起的身體狀況變化，也會通過某種途徑遺傳給下一代及父母的生活經(jīng)歷，可以通過DNA序列以外的方式遺傳給后代?！碛^遺傳現(xiàn)象課堂總結(jié)：1.性狀的形成往往是內(nèi)因（基因）與外因（環(huán)境）相互作用的結(jié)果。基因與基因之間、基因與基因表達產(chǎn)物之間、基因與環(huán)境之間存在著復雜的相互作用，這種相