2024年高中生物新教材同步必修第二冊 第4章　第2節(jié)　基因表達與性狀的關(guān)系

第2節(jié)基因表達與性狀的關(guān)系[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.舉例說明基因控制生物體性狀的兩種方式。2.描述基因選擇性表達與細胞分化的關(guān)系。3.闡述表觀遺傳現(xiàn)象。一、基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系1．間接途徑：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。2．直接途徑：基因還能通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀。1．(2023·江蘇徐州高一質(zhì)檢)現(xiàn)代科學(xué)對皺粒性狀豌豆的形成給出了一個完整的回答：皺粒豌豆中的DNA插入了一段外來的DNA序列，打亂了編碼淀粉分支酶的基因，導(dǎo)致淀粉分支酶不能合成，而淀粉分支酶的缺乏又導(dǎo)致細胞內(nèi)淀粉含量降低，游離蔗糖的含量升高。根據(jù)以上信息，下列說法不正確的是()A．圓粒豌豆具有淀粉分支酶B．基因通過控制酶的合成來間接控制生物體的性狀C．淀粉分支酶具有分解淀粉的作用D．淀粉是親水性很強的大分子有機物答案C解析淀粉分支酶具有合成淀粉的作用，C錯誤；淀粉是親水性很強的大分子有機物，圓粒豌豆中淀粉含量多，親水性強而飽滿，D正確。2．如圖為人體內(nèi)基因?qū)π誀畹目刂七^程，據(jù)圖分析，下列相關(guān)敘述正確的是()A．基因1和基因2一般不會出現(xiàn)在人體內(nèi)的同一個細胞中B．圖中過程①需要RNA聚合酶的催化，過程②不需要tRNA的協(xié)助C．過程④⑤的結(jié)果存在差異的根本原因是血紅蛋白結(jié)構(gòu)的不同D．過程①②③表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答案D解析人體細胞由同一個受精卵增殖、分化而來，基因1和基因2可出現(xiàn)在同一細胞中，A錯誤；圖中過程①為轉(zhuǎn)錄，需要RNA聚合酶的催化，過程②為翻譯，需要tRNA的協(xié)助，B錯誤；過程④⑤的結(jié)果存在差異的直接原因是血紅蛋白結(jié)構(gòu)的不同，C錯誤。二、基因的選擇性表達與細胞分化1．生物體多種性狀的形成，都是以細胞分化為基礎(chǔ)的。2．表達的基因的類型(1)一類是在所有細胞中都表達的基因，指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)是維持細胞基本生命活動所必需的，如核糖體蛋白基因、ATP合成酶基因。(2)另一類是只在某類細胞中特異性表達的基因，如卵清蛋白基因、胰島素基因。3．細胞分化的本質(zhì)是基因的選擇性表達。判斷正誤(1)細胞分化形成的細胞一般會保持分化后的狀態(tài)，不可逆轉(zhuǎn)()(2)在一個細胞中所有的基因都一定表達()(3)同一個體的不同組織細胞的形態(tài)、功能不同是基因選擇性表達的結(jié)果()(4)不同生物的細胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)不同是基因不同造成的()答案(1)√(2)×(3)√(4)√解析(2)細胞分化的實質(zhì)是基因的選擇性表達，因此在細胞中有的基因不表達。任務(wù)一：基因的選擇性表達1．根據(jù)教材“思考·討論：分析不同類型細胞中DNA和mRNA的檢測結(jié)果”提供的資料，回答下列問題：(1)這3種細胞中合成的蛋白質(zhì)種類有什么差別？提示輸卵管細胞只能合成卵清蛋白；紅細胞只能合成珠蛋白；胰島細胞只能合成胰島素。(2)3種細胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰島素基因，但只檢測到其中一種基因的mRNA，這一事實說明了什么？提示不同細胞內(nèi)表達的基因不同。2．在不同類型的細胞中，表達的基因大致可以分為兩類，一類是在所有細胞中都表達的基因，這類基因指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)是維持細胞基本生命活動所必需的，這類基因我們稱為管家基因；另一類是只在某類細胞中特異性表達的基因，這類基因表達的產(chǎn)物賦予各種類型細胞特定的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征與功能，這類基因我們稱為奢侈基因。據(jù)此對下列基因進行歸類。①核糖體蛋白基因②ATP合成酶基因③血紅蛋白基因④卵清蛋白基因⑤呼吸酶基因⑥胰島素基因⑦抗體基因⑧唾液淀粉酶基因(1)屬于管家基因的是①②⑤。(2)屬于奢侈基因的是③④⑥⑦⑧。3．同一動物個體的神經(jīng)細胞與肌細胞在功能上是不同的，造成這種差異的主要原因是()A．二者所處的細胞周期不同B．二者合成的特定蛋白不同C．二者所含有的遺傳信息不同D．二者核DNA的含量不同答案B解析只有連續(xù)分裂的細胞才具有細胞周期，神經(jīng)細胞與肌細胞都是高度分化的細胞，不再繼續(xù)分裂，因此二者都不具有細胞周期；同一動物個體的神經(jīng)細胞與肌細胞在功能上不同的原因是基因的選擇性表達，即二者合成的特定蛋白不同；同一個體的不同體細胞是由同一個受精卵發(fā)育而來的，所以同一個體的不同體細胞中含有的遺傳信息相同，核DNA含量也相同。4．同一個體中，在所有細胞中都表達的一類基因，稱為管家基因，只在某類細胞中特異性表達的基因稱為奢侈基因。下列相關(guān)敘述錯誤的是()A．管家基因指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)是維持細胞生命活動所必需的B．奢侈基因表達的產(chǎn)物賦予細胞特定的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能C．所有細胞中都含有管家基因，但只有部分細胞含有奢侈基因D．奢侈基因能表達說明細胞已發(fā)生了分化答案C解析管家基因在所有細胞中都表達，其指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)是維持細胞生命活動所必需的，A正確；奢侈基因只在某類細胞中特異性表達，其表達產(chǎn)物賦予細胞特定的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能，B正確；所有細胞中都含有管家基因和奢侈基因，奢侈基因只在特定細胞中表達，C錯誤。三、表觀遺傳及基因與性狀的對應(yīng)關(guān)系1．表觀遺傳(1)概念：生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達和表型發(fā)生可遺傳變化的現(xiàn)象，叫作表觀遺傳。(2)類型：表觀遺傳的類型有DNA的甲基化、組蛋白的甲基化和乙?；取?3)表觀遺傳現(xiàn)象普遍存在于生物體的生長、發(fā)育和衰老的整個生命活動過程中。(4)實例：蜂王和工蜂。2．基因與性狀間的對應(yīng)關(guān)系(1)基因控制生物體的性狀eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①一個基因\o(→,\s\up7(控制))一個性狀,②一個基因\o(→,\s\up7(控制))\a\vs4\al\co1(多個性狀如基因間相互作用),③多個基因\o(→,\s\up7(控制))\a\vs4\al\co1(一個性狀如人的身高)))(2)生物體的性狀還受環(huán)境條件的影響。(3)基因與基因、基因與基因表達產(chǎn)物、基因與環(huán)境之間存在著復(fù)雜的相互作用，這種相互作用形成了一個錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，精細地調(diào)控著生物體的性狀。判斷正誤(1)表觀遺傳現(xiàn)象由于基因的堿基序列沒有改變，因此生物體的性狀也不會發(fā)生改變()(2)吸煙會導(dǎo)致精子中DNA的甲基化水平升高，從而影響基因的表達()(3)基因與性狀是一一對應(yīng)的關(guān)系()(4)生物有些性狀可以由多個基因決定，但一個基因不會與多個性狀有關(guān)()答案(1)×(2)√(3)×(4)×解析(1)表觀遺傳是指生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達和表型發(fā)生可遺傳變化的現(xiàn)象。(3)在大多數(shù)情況下，基因與性狀并不是簡單的一一對應(yīng)的關(guān)系。(4)生物有些性狀可以由多個基因決定，一個基因也可能與多個性狀有關(guān)。任務(wù)二：表觀遺傳結(jié)合教材“思考·討論：柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳”提供的資料，回答下列問題：(1)資料1中植株A和植株B的花的形態(tài)不同是基因不同導(dǎo)致的，還是基因的表達不同導(dǎo)致的？提示植株A與植株B的花形態(tài)不同是基因的表達不同導(dǎo)致的。(2)導(dǎo)致植株B中Lcyc基因不表達的原因是什么？提示植株B的Lcyc基因被高度甲基化。(3)分析資料1，F(xiàn)1的花為什么與植株A的相似？在F2中，為什么有些植株的花與植株B的相似？提示F1植株同時含有來自植株A和植株B的Lcyc基因。植株A的Lcyc基因能夠表達，表現(xiàn)為顯性；植株B的Lcyc基因由于被高度甲基化，基因表達受到抑制，表現(xiàn)為隱性。因此，同時含有這兩個基因的F1中，F(xiàn)1的花與植株A的相似。F1自交后，F(xiàn)2中有少部分植株含有兩個來自植株B的Lcyc基因，由于該基因被高度甲基化，基因表達受到抑制，因此，這部分植株的花與植株B相似。(4)Lcyc基因的高度甲基化修飾能夠遺傳嗎？判斷的理由是什么？提示能；因為F2中一部分植株的花與植株B相似，說明Lcyc基因的高度甲基化修飾能夠遺傳。(5)資料2中，F(xiàn)1小鼠的基因型都是Avya，小鼠毛色為什么不是黃色而是表現(xiàn)出介于黃色和黑色之間的一系列過渡類型？提示因為小鼠的Avy基因的前端有多個可發(fā)生DNA甲基化修飾的位點，當(dāng)這些位點甲基化后，Avy基因的表達就受到抑制，并且甲基化程度越高，受到的抑制越明顯，小鼠體毛的顏色就越深。(6)資料1和資料2展示的遺傳現(xiàn)象有什么共同點？提示資料1和資料2展示的遺傳現(xiàn)象都表現(xiàn)為基因的堿基序列保持不變，但基因的表達受到抑制，因此性狀發(fā)生改變，而且這種改變可以遺傳。表觀遺傳的特點及調(diào)控機制(1)特點①可遺傳性：即這類改變通過有絲分裂或減數(shù)分裂，能在細胞、個體間遺傳。②可逆性的基因表達：如甲基化時，可影響基因的表達；去甲基化時，可恢復(fù)基因的表達。③不變性：基因的堿基序列不變。(2)三種常見的調(diào)控機制①DNA甲基化修飾：主要抑制轉(zhuǎn)錄。②非編碼RNA干擾(例如miRNA)：主要抑制翻譯。③組蛋白甲基化、乙酰化等。5．(2023·廣西柳州高一月考)下列哪項不屬于表觀遺傳的特點()A．對表型的影響可遺傳給后代B．DNA分子堿基可能連接多個甲基基團C．甲基化導(dǎo)致DNA堿基序列發(fā)生改變D．可由組蛋白的某些修飾導(dǎo)致答案C解析表觀遺傳對表型的影響，可以遺傳給后代，使后代出現(xiàn)同樣的表型，A不符合題意；一段堿基序列中可能存在多個可發(fā)生DNA甲基化修飾的位點，所以DNA分子堿基可能連接多個甲基基團，B不符合題意；甲基化不會導(dǎo)致DNA堿基序列發(fā)生改變，但會抑制相關(guān)基因表達，進而對表型產(chǎn)生影響，C符合題意；除了DNA甲基化，構(gòu)成染色體的組蛋白發(fā)生甲基化、乙酰化等修飾也會影響基因的表達，D不符合題意。6．(2023·四川成都高一期中)下列關(guān)于基因與性狀關(guān)系的敘述，錯誤的是()A．基因與性狀之間并不都是一一對應(yīng)的關(guān)系B．基因能通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀C．生物體的性狀是由基因決定的，但會受到環(huán)境等因素的影響D．若基因的堿基序列保持不變，表型不會發(fā)生可遺傳的變化答案D解析“若基因的堿基序列保持不變，表型不會發(fā)生可遺傳的變化”，該敘述與表觀遺傳的定義相矛盾，表觀遺傳是指生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達和表型發(fā)生可遺傳變化的現(xiàn)象，D錯誤。題組一基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系1．下列有關(guān)基因控制生物性狀的實例分析，屬于直接通過控制結(jié)構(gòu)蛋白合成來控制生物體性狀的是()A．白化病 B．苯丙酮尿癥C．囊性纖維化 D．豌豆粒形答案C解析白化病、苯丙酮尿癥、豌豆粒形都是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，A、B、D不符合題意；囊性纖維化屬于基因直接通過控制結(jié)構(gòu)蛋白的合成來控制生物體的性狀，C符合題意。2．豌豆種子有圓粒和皺粒兩種，如圖為圓粒種子形成機制的示意圖，下列相關(guān)說法不正確的是()A．圖中顯示了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B．當(dāng)編碼淀粉分支酶的基因被打亂時，細胞內(nèi)淀粉的含量會上升C．皺粒種子中蔗糖含量相對更高，味道更甜美D．圖中①②過程中堿基互補配對的方式有差異答案B解析當(dāng)編碼淀粉分支酶的基因被打亂時，會導(dǎo)致淀粉分支酶異常，其活性大大降低，從而使細胞內(nèi)淀粉的含量下降，B錯誤；皺粒種子中淀粉含量相對較低，而蔗糖含量相對較高，種子的甜度增加，C正確；圖中①②過程分別為轉(zhuǎn)錄和翻譯，都會發(fā)生堿基互補配對，其中轉(zhuǎn)錄過程中有T和A配對，而翻譯過程中沒有，D正確。題組二基因的選擇性表達與細胞分化3．下列關(guān)于細胞分化的敘述，正確的是()A．細胞分化只發(fā)生在胚胎期B．不同的細胞中mRNA完全不同C．細胞分化過程中，細胞內(nèi)的DNA會發(fā)生改變D．細胞分化是基因選擇性表達的結(jié)果答案D解析細胞分化發(fā)生在整個生命進程中，在胚胎期達到最大限度，A錯誤；細胞分化過程中，由于基因的選擇性表達，不同細胞中mRNA不完全相同，B錯誤；細胞分化過程中遺傳物質(zhì)不會發(fā)生改變，C錯誤。4．如表是人體內(nèi)的紅細胞(未成熟)、胰島B細胞、漿細胞內(nèi)所含有的核基因及這些基因表達的情況(“＋”表示該基因能表達，“－”表示該基因未表達)。下列有關(guān)說法正確的是()細胞血紅蛋白基因胰島素基因抗體基因有氧呼吸酶基因紅細胞＋－－＋胰島B細胞－①－＋漿細胞－－②③A.①②③均表示“＋”B．此表說明細胞分化導(dǎo)致基因的選擇性表達C．三種細胞中mRNA和蛋白質(zhì)種類完全不同D．三種細胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能不同的根本原因是核基因種類不完全相同答案A解析胰島B細胞能合成并分泌胰島素，胰島素基因表達；漿細胞合成、分泌抗體，抗體基因表達；三種細胞都進行有氧呼吸，有氧呼吸酶基因都表達，A正確；題表說明細胞分化是基因選擇性表達的結(jié)果，B錯誤；三種細胞中有氧呼吸酶基因都表達，三種細胞中mRNA和蛋白質(zhì)種類不完全相同，C錯誤；三種細胞是同一個體中的體細胞，核基因種類相同，只是表達的基因不同，導(dǎo)致這三種細胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能不同，D錯誤。題組三表觀遺傳及基因與性狀的對應(yīng)關(guān)系5．下列有關(guān)基因表達或表觀遺傳的敘述，錯誤的是()A．柳穿魚Lcyc基因的部分堿基發(fā)生了甲基化修飾，抑制了基因的表達B．基因組成相同的同卵雙胞胎出現(xiàn)某種性狀差異，不一定是表觀遺傳C．表觀遺傳由于堿基序列不變，不能將性狀遺傳給下一代D．構(gòu)成染色體的組蛋白發(fā)生甲基化、乙?；刃揎棔绊懟虻谋磉_答案C解析表觀遺傳雖然堿基序列不變，但表觀遺傳導(dǎo)致的性狀改變可以遺傳給下一代，C錯誤。6．(2022·甘肅天水高一期末)DNA甲基化通常發(fā)生在DNA的CG序列密集區(qū)，發(fā)生甲基化的DNA可以和甲基化DNA結(jié)合蛋白結(jié)合，使DNA鏈發(fā)生高度緊密排列，導(dǎo)致RNA聚合酶無法與其結(jié)合。下列說法錯誤的是()A．神經(jīng)細胞中，呼吸酶基因處于非甲基化狀態(tài)B．結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定的DNA越容易發(fā)生甲基化C．DNA甲基化可調(diào)控基因的選擇性表達D．對DNA去甲基化后其上的基因可以正常表達答案B解析“DNA甲基化通常發(fā)生于DNA的CG序列密集區(qū)”，而G和C之間有三個氫鍵，穩(wěn)定性較高，故結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定的DNA越容易發(fā)生甲基化，B錯誤。7．下列關(guān)于基因與性狀關(guān)系的敘述，錯誤的是()A．一個基因可以影響一個性狀B．一個基因可以影響多個性狀C．一個性狀可以受多個基因的影響D．生物的性狀完全由基因決定答案D8．(2023·江蘇天一中學(xué)高一期中)下列有關(guān)基因型、性狀和環(huán)境的敘述，錯誤的是()A．人的身高由多個基因決定，其中每個基因?qū)ι砀叨加幸欢ǖ淖饔肂．兩株玉米植株的株高不同，二者的基因型也不同C．同一株水毛茛氣生葉與水生葉中所含基因相同D．表觀遺傳現(xiàn)象普遍存在，可能會改變生物體的性狀答案B解析兩株玉米植株的株高不同，可能是環(huán)境因素造成的，也可能是二者的基因型不同造成的，B錯誤。9．(2023·河北承德高一期末)牽?；ǖ念伾饕怯苫ㄇ嗨貨Q定的，如圖為花青素的合成與顏色變化途徑示意圖。從圖中不能得出的是()A．花的顏色由多對基因共同控制B．基因可以通過控制酶的合成來控制代謝C．生物體的性狀由基因決定，也受環(huán)境影響D．若基因①不表達，則基因②和基因③也不表達答案D解析基因具有獨立性，基因①不表達，基因②和基因③仍然能夠表達，D符合題意。10．蜂群中，蜂王和工蜂都是由受精卵發(fā)育而來的，以蜂王漿為食的幼蟲將發(fā)育成蜂王，而以花粉、花蜜為食的幼蟲將發(fā)育成工蜂，幼蟲發(fā)育成蜂王的機理如圖所示。下列相關(guān)敘述錯誤的是()A．DNA甲基化水平是發(fā)育成蜂王的關(guān)鍵要素B．花粉可通過抑制Dnmt3基因的表達而影響DNA甲基化C．DNA甲基化水平?jīng)]有使Dnmt3基因的堿基序列發(fā)生改變D．該實例中的由食物引起的表型改變是可以遺傳給后代的答案B解析據(jù)圖可知，蜂王漿可通過抑制Dnmt3基因的表達而影響DNA甲基化，B錯誤。11．遺傳學(xué)家做過這樣的實驗：果蠅幼蟲正常的培養(yǎng)溫度是25℃，將剛孵化的殘翅果蠅幼蟲放在31℃的環(huán)境中培養(yǎng)，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(huán)境溫度下產(chǎn)生的后代仍然是殘翅果蠅。分析以上實驗內(nèi)容，下列說法不正確的是()A．將剛孵化的殘翅果蠅幼蟲放在25℃的環(huán)境中培養(yǎng)，成蟲仍將是殘翅B．上述果蠅翅型變化的現(xiàn)象屬于表觀遺傳C．這種實驗現(xiàn)象可能是溫度影響了酶的活性造成的D．果蠅的翅型是基因和環(huán)境共同作用的結(jié)果答案B解析殘翅性狀由基因決定，但也受環(huán)境溫度影響，故說明基因控制生物體的性狀，而性狀的形成受環(huán)境的影響，該現(xiàn)象不屬于表觀遺傳，B錯誤。12．(2023·吉林長春高一期末)某種小鼠常染色體上的A基因能控制蛋白X的合成，a基因則不能，當(dāng)小鼠缺乏蛋白X時表現(xiàn)為個體較小(侏儒鼠)。A基因在雌配子中會發(fā)生DNA甲基化修飾而抑制其表達，在雄配子中的A基因是非甲基化的，如圖所示。下列關(guān)于圖中雌、雄鼠的敘述，正確的是()A．DNA甲基化會引起基因堿基序列的改變B．雌鼠與雄鼠基因型相同，但表型不同C．雌鼠A基因來自其父本的概率為1/2D．雌、雄鼠雜交后代中，侏儒鼠占1/4答案B解析DNA甲基化修飾通常會抑制基因的表達，但不改變基因堿基序列，A錯誤；雄鼠(基因型為Aa)中A基因發(fā)生了甲基化，不能表達，因此雌鼠與雄鼠基因型相同，但表型不同，B正確；由于雌鼠產(chǎn)生的雌配子中A基因發(fā)生了甲基化，而雄鼠產(chǎn)生的雄配子中A基因沒有甲基化，因此雌鼠中沒有發(fā)生甲基化的A基因來自它的父本的概率為100%，C錯誤；設(shè)甲基化的基因用1標(biāo)記，則A1a雄鼠產(chǎn)生的雄配子為A∶a＝1∶1,Aa1雌鼠產(chǎn)生的雌配子為A1∶a1＝1∶1，因此雌雄鼠雜交子代的基因型和比例為AA1∶Aa1∶A1a∶aa1＝1∶1∶1∶1，A基因能控制蛋白X的合成，a基因則不能，當(dāng)小鼠缺乏蛋白X時表現(xiàn)為個體較小(侏儒鼠)，且發(fā)生甲基化的A基因不能表達，因此雌、雄鼠雜交后代中侏儒鼠占1/2，D錯誤。13．囊性纖維化是一種遺傳病，由一對等位基因控制，其致病機理如圖所示。請回答下列有關(guān)問題：(1)據(jù)圖分析，①過程需要__________酶參與催化反應(yīng)，②過程發(fā)生的場所是__________。(2)異常CFTR蛋白在第508位缺失一個氨基酸(苯丙氨酸)的原因是______________________，缺失氨基酸后，CFTR蛋白的空間結(jié)構(gòu)__________(填“改變”或“不變”)。(3)囊性纖維化的實例表明，基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系是_____________________________________________________________________________________________________________。(4)一對表型正常的夫婦生育了一個患囊性纖維化的女兒，推測CFTR基因位于________(填“常染色體”或“性染色體”)上。該夫婦第二胎生下一對表型均正常的“龍鳳胎”，則這對“龍鳳胎”均為攜帶者的概率為__________。答案(1)RNA聚合核糖體(或細胞質(zhì))(2)正常CFTR基因缺失了3個堿基對，成為異常CFTR基因改變