第4节 基因
是具有遗传效应的DNA片段
“9.11事件”和“印度洋海啸”中罹难者的尸体被严重毁坏。
依靠PCR仪进行DNA指纹检测进行了身份识别。
（1）DNA指纹图片上的片段代表什么？

（2）是否就是基因？

（3）基因是否等于DNA？
（1）豌豆有哪些性状？
（2）孟德尔认为性状是受什么控制的？
（3）艾弗里的研究认为，肺炎双球菌有无荚膜的性状是受什么控制的？
高茎、矮茎、圆粒、皱粒……
受遗传因子即基因控制。
受DNA 控制。
那么，基因=DNA吗？
复习回顾
1、大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为4 700 000个碱基对，在DNA分子上分布着4 400个基因，每个基因的平均长度约为1 000个碱基对。
分析资料1，你能得出什么结论？
基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数
资料分析
一、基因与DNA的关系
一、基因与DNA的关系
3、人类基因组计划测定的是24条染色体（22条常染色体+X+Y）上的DNA的碱基序列。其中，每条染色体上有一个DNA分子。这24个DNA分子大约有31.6亿个碱基对，其中，构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%。
分析资料3，你能得出什么结论？
一个DNA分子上含有很多个基因
基因是DNA的片段，DNA中存在大量的非基因片段。
基因是一段DNA，但是一段DNA不一定是基因。
由资料1和资料3，能得出结论：
还能得出什么结论？
大肠杆菌的DNA分子，其中，构成基因的碱基数占碱基总数的比例为：
4 400×1000/4 700 000=94%。
人类DNA中，构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%。生物越高等DNA中存在的非基因片段的比例越高。
什么样的DNA片段就是基因？
资料2、生长在太平洋西北部的一种海蛰能发出绿色荧光，这是因为海蛰的DNA分子上有一段长度为5170个碱基对的片段---绿色荧光蛋白基因。转基因实验表明，转入了海蛰的绿色荧光蛋白基因的转基因鼠，在紫外线的照射下，也能象海蛰一样发光。
说明基因是特定的DNA片段，可拼接到其他生物的DNA上去，可独立起作用
基因是特定的DNA片段，可以切除，可以拼接到其他生物的DNA上去，从而获得某种性状的表达，所以基因是遗传物质的结构单位。
4、不少人认为，人和动物体的胖瘦是由遗传决定的。近来的科学研究发现，小鼠体内的HMGIC基因与肥胖直接相关。具有HMGIC基因缺陷的实验鼠与作为对照的小鼠，吃同样多的高脂肪食物，一段时间后，对照组的小鼠变得十分肥胖，而具有HMGIC基因缺陷的实验鼠体重仍然保持正常。
资料4说明了什么？
没有HMGIC基因，就没有肥胖的表现，有HMGIC基因就有肥胖表现。说明基因能控制生物的性状(功能单位)。人和动物的胖瘦是受基因控制的。
分析资料4和资料2你能得出什么结论？
基因能控制蛋白质合成，从而控制生物的性状。
遗传效应：能复制，传递和表达性状的过程。
----基因具有遗传效应
结合上述资料，从DNA水平上给基因下一个完整的定义。
基因是有遗传效应的DNA片段，它是生物体遗传的功能单位和结构单位。
基因是DNA片段，不是连续分布在DNA上，而是由碱基序列将其分隔开。
果蝇某个DNA 分子上的几个基因分布示意图：
（1）片段O、N、S、R称作什么？
N与S以及S与R之间的片段又称作什么？
（2）一个DNA 分子上只能有几个基因吗？
（3）一个基因内只能有几个碱基对吗？
R、S、N和O片段就可以称作基因，N与S以及S与R 之间的片段可以称作非基因片段，因为它没有遗传效应。基因是DNA上特定的而不是任意的片段。
一个DNA 分子上有许多基因。
每个基因中有成百上千个碱基对。
…ATGT…CGAGTC…ACAGCTAC…AGTGCAGTGCGCA…TGCCGACC…TGAG…
…TACA…GCTCAG…TGTCGATG…TCACGTCACGCGT…ACGGCTGG…ACTC…
R
S
N
O
黄身
白眼
截翅
棒眼
思考
A
A
a
a
A
a
等位基因实质不同是？
基因的存在形式
基因在染色体上呈线性排列，现在又说基因在DNA上，那么，基因、DNA、染色体三者到底有什么关系呢？
基因
DNA
染色体
1
2
3
4
5
6
三者之间相互关系：
1、基因是有遗传效应的DNA片段；
2、一个DNA上有多个基因；
3、DNA是染色体的主要成分；
4、染色体是DNA的主要载体；
5、基因在染色体上，呈线性排列；
6、染色体是基因的主要载体。
二、基因、DNA、染色体的关系
尝试对以下概念的联系进行描述:
染色体
DNA
基因
脱氧核苷酸
碱基
模型建构
染色体
DNA
基因
脱氧核苷酸
碱基
有遗传效应的DNA片段
构成
+脱氧核糖+磷酸
（A、T、C、G四种）
+蛋白质
形成双链
一个DNA分子上有许多基因，每一个基因都是特定的DNA片段，有着特定的遗传效应。DNA必然蕴含着大量的遗传信息。
DNA分子为什么能储存大量的遗传信息呢？

由四种碱基排列而成的脱氧核苷酸序列，足以储存生物体必需的全部遗传信息吗？
AGCGT…TCGAT
TCGCA…AGCTA
AGCTG…TCGAT
TCGAC…AGCTA
基因1
基因2
比较基因1和基因2有何不同？
碱基对的排列顺序不同
如果全班同学（共40人）排成一排，代表一条DNA单链的碱基排列情况，每个同学代表DNA链上的一个碱基，每人都可以从ATCG四种碱基中自由选择自己所代表的碱基，全班同学一起可以自由组合出多少种排列？
可以组合出440种排列，体会碱基排列顺序的多样性。
（1）假设长度为3个碱基对组成一个基因，那么理论上可以排列出多少种基因？
（2）假设长度为10个碱基对呢？
（3）假设长度为1000个碱基对呢？
43 = 64种
410 = 1 048 576种
41 000 种
三、DNA片段中的遗传信息
截至2005年6月，全球人口总数接近65亿。假设人类基因组中第1号染色体的第1个基因是由17个碱基对随机排列构成的，那么，17个碱基对的所有排列是否都有机会出现？

你与你的同桌相比，这个基因的脱氧核苷酸序列完全相同的可能性有多大？
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探究
不是
上面的探究是建立在所有碱基对的随机排列都能构成基因的这一假设下的。
事实上，大部分随机排列的脱氧核苷酸序列从来不曾出现在生物体内，而有些序列却在生物体内重复千万次。
你认为，基因是碱基对随机排列成的DNA片段吗？
讨论：
的 蓝 天 是
如果选用上面的几个字拼成一句四个字的话，你会怎么写？（文字可以重复使用，也可以不用）
基因是碱基对随机排列成的DNA片段吗？
（提示：从进化角度分析）
理论上，每一个基因中的碱基对是可以随机排列的，但大量随机排列的核苷酸序列一般不能表达出某种适应环境的性状，这种序列在长期进化过程中会逐渐被淘汰掉。
探究
你能从分子水平解释生物的多样性和特异性的原因吗？
碱基排列顺序多样性
DNA分子多样性
生物多样性；
碱基排列顺序特异性
DNA分子特异性
生物特异性。
遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中；

碱基排列顺序的千变万化，构成DNA分子多样性，而碱基的特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性；

DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
习题
1. 下列关于基因的叙述中，不正确的是
不同的基因含有不同的遗传信息
每一个DNA分子片段都是一个基因
C. 每一个基因分别控制着不同的遗传性状
D. 基因存在于染色体上
2. 马和豚鼠体细胞具有相同数目的染色体，但性状差异很大，原因是
生活环境不同
B. DNA分子中碱基配对方式不同
C. 着丝点数目不同
D. DNA分子中碱基对排列顺序不同
B
D