小初高学习届高考生物一轮复习 第七单元 生物的变异育种和进化 第22讲 基因突变和基因.docx
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小初高学习届高考生物一轮复习第七单元生物的变异育种和进化第22讲基因突变和基因
第22讲 基因突变和基因重组
1.基因重组及其意义(Ⅱ) 2.基因突变的特征和原因(Ⅱ)
基因突变
1.实例:
镰刀型细胞贫血症
(1)病因图解如下
(2)病因分析
①图示中a、b、c过程分别代表DNA复制、转录和翻译。
基因突变发生在a(填字母)过程中。
②患者症状:
红细胞呈镰刀状,易破裂,使人患溶血性贫血。
③直接原因:
多肽链上的一个谷氨酸被一个缬氨酸替换,即血红蛋白结构异常。
④根本原因:
基因中碱基对由替换为,即发生了基因突变。
2.概念
DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失,而引起的基因结构的改变。
3.时间
主要发生在有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期。
4.原因
(1)内因:
DNA分子复制时偶尔发生错误。
(2)外因[连一连]
5.结果:
可产生新的基因。
(1)发生在配子中:
可遗传给后代。
(2)发生在体细胞中:
一般不能通过有性生殖遗传。
镰刀型细胞贫血症属于基因突变的哪种类型?
该症状能遗传给子代吗?
提示:
属于碱基对的替换;不能。
6.特点
(1)普遍性
①原因:
基因突变包括自发突变和诱发突变。
②表现:
所有生物均可发生。
(2)随机性
①时间上:
生物个体发育的任何时期均可发生。
②部位上:
任何细胞的任何DNA分子的任何部位。
(3)不定向性:
一个基因可以向不同的方向发生突变,产生一个以上的等位基因。
(4)低频率性:
由于DNA分子具有稳定的双螺旋结构,自然状态下基因突变的频率是很低的。
(5)多害少利性:
多数基因突变可能破坏生物体与现有环境的协调关系,对生物有害。
少数基因突变,也可能使生物产生新的性状,适应改变的环境,获得新的生存空间,对生物有利。
(必修2P81“学科交叉”改编)具有一个镰刀型细胞贫血症突变基因的个体(即杂合子)并不表现镰刀型细胞贫血症的症状,因为该个体能同时合成正常和异常的血红蛋白,并对疟疾具有较强的抵抗力,镰刀型细胞贫血症主要流行于非洲疟疾猖獗的地区。
请根据这一事实探讨突变基因对当地人生存的影响。
答案:
镰刀型细胞贫血症患者对疟疾具有较强的抵抗力,这说明在易患疟疾的地区,镰刀型细胞的突变具有有利于当地人生存的一面。
虽然这个突变体的纯合子对生存不利,但其杂合子却有利于当地人的生存。
7.意义
考向1 基因突变的概念、实质和特点
1.(2018·山东烟台模拟)如图为人WNK4基因部分碱基序列及其编码蛋白质的部分氨基酸序列示意图。
已知WNK4基因发生一种突变,导致1169位赖氨酸变为谷氨酸。
该基因发生的突变是( )
A.①处插入碱基对G—C
B.②处碱基对A—T替换为G—C
C.③处缺失碱基对A—T
D.④处碱基对G—C替换为A—T
解析:
选B。
首先由赖氨酸的密码子分析转录模板基因碱基为TTC,确定赖氨酸的密码子为AAG,①③处插入、缺失碱基对会使其后编码的氨基酸序列发生改变,④处碱基对替换后密码子为AAA还是赖氨酸,②处碱基对替换后密码子为GAG,对应谷氨酸。
2.(2018·海南海口调研)下列关于生物体基因突变的叙述中,不正确的是( )
A.基因突变是生物变异的根本来源
B.基因突变可由物理、化学或生物因素诱发
C.发生在DNA中的突变一定导致基因结构上的改变
D.发生在植物体的基因突变,可通过无性繁殖传递
解析:
选C。
基因是有遗传效应的DNA片段,所以DNA上的片段不一定都是基因,则发生在DNA中的突变不一定导致基因结构上的改变,C错误。
分析基因突变的发生机制
考向2 基因突变与生物性状的关系
3.用人工诱变方法使黄色短杆菌的某基因模板链的部分脱氧核苷酸序列发生如下变化:
CCGCTAACG→CCGCGAACG,那么黄色短杆菌将发生的变化和结果是(可能用到的密码子:
天冬氨酸—GAU、GAC;丙氨酸—GCA、GCU、GCC、GCG)( )
A.基因突变,性状改变
B.基因突变,性状没有改变
C.染色体结构缺失,性状没有改变
D.染色体数目改变,性状改变
解析:
选A。
对比题中该基因的部分序列可知,基因中CTA转变成CGA,mRNA中相应的密码子由GAU转变成GCU,多肽中相应的氨基酸由天冬氨酸转变成丙氨酸。
因此,黄色短杆菌发生了基因突变,性状也发生了改变。
由于只是部分碱基的改变,而且细菌无染色体结构所以不会导致染色体结构缺失和数目的变化。
4.编码酶X的基因中某个碱基被替换时,表达产物将变为酶Y。
下表显示了与酶X相比,酶Y可能出现的四种状况。
下列对这四种状况出现原因的判断,正确的是( )
比较指标
①
②
③
④
酶Y活性/酶X活性
100%
50%
10%
150%
酶Y氨基酸数目/酶X氨基酸数目
1
1
小于1
大于1
A.状况①一定是因为氨基酸序列没有变化
B.状况②一定是因为氨基酸间的肽键数减少了50%
C.状况③可能是因为突变导致了终止密码位置变化
D.状况④可能是因为突变导致tRNA的种类增加
解析:
选C。
基因突变引起氨基酸种类替换后,蛋白质的功能不一定发生变化;蛋白质功能取决于氨基酸的种类、数量、排列顺序及蛋白质的空间结构,状况②中酶Y与酶X的氨基酸数目相同,所以肽键数不变;状况③氨基酸数目减少,最可能的原因是突变导致了终止密码位置提前;基因突变不会导致tRNA种类改变。
(1)基因突变对蛋白质的影响
碱基对
影响范围
对氨基酸序列的影响
替换
小
只改变1个氨基酸或不改变氨基酸序列
增添
大
不影响插入位置前的序列而影响插入位置后的序列
缺失
大
不影响缺失位置前的序列而影响缺失位置后的序列
(2)基因突变不一定导致生物性状改变的原因
①突变可能发生在没有遗传效应的DNA片段上。
②基因突变后形成的密码子与原密码子决定的是同一种氨基酸。
③基因突变若为隐性突变,如AA→Aa,则不会导致性状的改变。
考向3 基因突变类型的实验设计
5.某野生矮茎豌豆种群中发现了几株高茎豌豆,经基因检测,该突变性状为基因突变所致,有两种可能:
一是显性突变,二是隐性突变。
请设计最简便的实验方案判定基因突变的类型。
解析:
答案:
让突变体自交,若自交后代出现性状分离,该突变为显性突变;若自交后代未出现性状分离,该突变为隐性突变。
显性突变和隐性突变的判断方法
(1)理论依据
(2)判定方法:
①选取突变体与其他已知未突变体(即野生型)杂交,根据子代性状表现判断。
a.若后代全为野生型,则突变性状为隐性。
b.若后代全为突变型,则突变性状为显性。
c.若后代既有突变型又有野生型,则突变性状为显性性状。
②让突变体自交,观察后代有无性状分离而判断。
[变式1](2015·高考江苏卷)经X射线照射的紫花香豌豆品种,其后代中出现了几株开白花植株,下列叙述错误的是( )
A.白花植株的出现是对环境主动适应的结果,有利于香豌豆的生存
B.X射线不仅可引起基因突变,也会引起染色体变异
C.通过杂交实验,可以确定是显性突变还是隐性突变
D.观察白花植株自交后代的性状,可确定是否是可遗传变异
解析:
选A。
A项,变异具有不定向性,不存在主动适应。
B项,X射线可导致生物体发生基因突变或染色体变异。
C项,白花植株与原紫花品种杂交,若后代都是紫花植株,则白花植株是隐性突变的结果,若后代都是白花或既有白花又有紫花,则是显性突变的结果。
D项,白花植株的自交后代中若出现白花植株,则是可遗传变异;若全是紫花植株,则是不可遗传变异。
[变式2](2018·河北衡水中学模拟)一只突变型的雌果蝇与一只野生型雄果蝇交配后,产生的F1中野生型与突变型之比为2∶1,且雌雄个体之比也为2∶1,这个结果从遗传学角度可作出合理解释的是( )
A.该突变为X染色体显性突变,且含该突变基因的雌配子致死
B.该突变为X染色体显性突变,且含该突变基因的雄性个体致死
C.该突变为X染色体隐性突变,且含该突变基因的雄性个体致死
D.X染色体片段发生缺失可导致突变型,且缺失会导致雌配子致死
解析:
选B。
突变型雌果蝇的后代中雄性有1/2死亡,说明该雌性果蝇为杂合子,该突变可能为X染色体显性突变,若含突变基因的雌配子致死,则子代中会出现一种表现型,且不会引起雌雄个体数量的差异;如果该突变为X染色体显性突变,且含该突变基因的雄性个体致死,相关基因用D、d表示,则子代为1XDXd(突变型♀)∶1XdXd(野生型♀)∶1XDY(死亡)∶1XdY(野生型♂),B项符合题意。
若X染色体片段发生缺失可导致突变型,且缺失会导致雌配子致死,则子代中会出现一种表现型,且不会引起雌雄个体数量的差异。
基因重组
1.概念
2.类型
类型
类型1
类型2
类型3
图像
示意
(1)类型1——交叉互换型;类型2——自由组合型;类型3——基因工程。
(2)类型1——减Ⅰ时期;类型2——减Ⅰ后期;类型3——基因工程操作成功即可实现外源基因与受体细胞基因的重组。
(1)自然条件下,原核生物能发生基因重组吗?
(2)精子与卵细胞随机结合属于基因重组吗?
为什么?
提示:
(1)一般不能。
但是特殊情况下可以,如肺炎双球菌的转化。
(2)不属于。
基因重组的实质是控制不同性状的基因的重新组合,精子和卵细胞随机结合时,由于来自父方和母方的染色体为同源染色体,故精子与卵细胞的随机结合不会导致基因重组,自然条件下基因重组发生的时间是减数第一次分裂前期的四分体时期和减数第一次分裂后期。
基因重组发生在精子和卵细胞的形成过程中。
3.结果:
产生新基因型,导致重组性状出现。
4.意义
(1)形成生物多样性的重要原因。
(2)生物变异的来源之一,有利于生物进化。
(必修2P83思考与讨论改编)父母和子女之间、同一父母的兄弟或姐妹之间性状表现上有较大差异,其主要原因是( )
A.基因突变 B.基因重组
C.环境影响D.包括A、B、C三项
答案:
B
考向1 基因重组的范围、类型及意义
1.(2018·武汉模拟)以下有关基因重组的叙述,错误的是( )
A.基因型Aa的个体自交,因基因重组后代出现AA、Aa、aa
B.同源染色体上的基因也可能发生基因重组
C.一对表现型正常的夫妇生下了一个既白化又色盲的儿子最有可能是因为基因重组
D.同胞兄妹的遗传差异与父母基因重组有关
解析:
选A。
基因重组是指在生物体进行有性生殖过程中,控制不同性状的基因的重新组合,基因型为Aa的个体自交,后代出现性状分离与等位基因分离和雌雄配子之间的随机结合有关,A错误。
2.(2018·山东菏泽调研)在格里菲思的肺炎双球菌转化实验中,加热杀死的S型细菌的某种成分能使R型细菌转化为S型细菌,R型细菌转化过程中,遗传物质的变化与下列哪种过程最为相似( )
A.用X射线照射青霉菌使青霉菌的繁殖能力增强
B.无子西瓜与无子番茄的培育
C.减数第一次分裂四分体时期的交叉互换现象
D.低温或秋水仙素诱导染色体加倍
解析:
选C。
用X射线照射青霉菌使青霉菌的繁殖能力增强,这属于诱变育种,其原理是基因突变,A错误;无子西瓜的培育采用了多倍体育种的方法,其原理是染色体变异,无子番茄的培育利用的是生长素能促进果实发育的原理,B错误;减数第一次分裂四分体时期的交叉互换现象可导致基因重组,C正确;低温或秋水仙素诱导染色体加倍,其原理是染色体变异,D错误。
考向2 基因突变与基因重组的判断
3.(2018·福建福州八县联考)如图是基因型为Aa的个体不同分裂时期的图像,根据图像判定每个细胞发生的变异类型,正确的是( )
A.①基因突变 ②基因突变 ③基因突变
B
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