“基因表达与性状的关系”的疑点释疑

 

来源公众号：生命教育观察 

“基因指导蛋白质的合成” 过程较为复杂，涉及多个环节和概念，以下是针对高中生物学“基因表达与性状的关系”核心疑点的系统梳理与解答。

疑点1：为什么有些基因一个基因决定一种性状，而有些基因会影响多种性状？

对于一些简单的性状，如豌豆的高茎和矮茎，是由一对等位基因控制，这对等位基因通过控制合成特定的蛋白质或酶，直接影响植物生长素的合成或运输等过程，从而决定植株的高度，表现出单一的性状差异。（单基因决定单性状）

有些基因会影响多种性状，这是因为基因的产物可能在生物体内的多个生理过程或不同组织器官中发挥作用（一因多效）。例如，控制黑色素合成的基因，不仅影响动物的毛色，还可能影响眼睛虹膜的颜色以及皮肤的颜色等多个性状，因为黑色素在这些部位都有合成和分布。

疑点2：多个基因如何共同决定一个性状？

多个基因可以通过相互协作或相互影响来决定一个性状。比如在小麦粒色的遗传中，涉及多个基因，每个基因都对粒色的表现有一定的贡献，它们之间通过累加效应，使小麦粒色呈现出从白到红的连续变化。

生物体是一个复杂的系统，基因之间形成复杂的调控网络。在决定某一性状时，多个基因可能分别在不同的信号通路或代谢途径中发挥作用，共同调控该性状的发育和表现。例如，植物花器官的发育就是由多个基因组成的 ABC 模型调控，不同基因分别控制花萼、花瓣、雄蕊和雌蕊等器官的发育，它们相互作用，共同决定了花的形态这一性状。

疑点3：基因表达的调控如何影响性状？

基因转录的启动和速率受到多种因素的调控，如转录因子与基因启动子区域的结合，能促进或抑制 RNA 聚合酶对基因的转录。如果某个基因的转录因子发生突变，无法正常结合到启动子上，可能导致该基因转录水平降低甚至无法转录，从而影响相应蛋白质的合成，最终改变生物的性状。

mRNA 的稳定性、翻译起始效率等都会影响基因表达。例如，一些 mRNA 上存在特定的序列或结构，能与细胞内的蛋白质或小分子 RNA 结合，影响 mRNA 的稳定性和翻译效率。如果这些调控元件发生变化，可能使 mRNA 过早降解或翻译效率降低，进而影响蛋白质的产量和生物的性状。

疑点4：表观遗传如何在不改变基因序列的情况下影响性状？

在 DNA 甲基转移酶的作用下，基因的启动子区域或其他调控区域的胞嘧啶碱基可以被甲基化修饰，这种修饰通常会抑制基因的表达。例如，在肿瘤发生过程中，一些抑癌基因的启动子区域可能发生高甲基化，导致这些基因无法正常表达，无法发挥抑制肿瘤的作用，从而促进肿瘤的生长和发展，使生物体表现出癌症相关的性状。

组蛋白可以发生乙酰化、甲基化、磷酸化等多种修饰。例如，组蛋白的乙酰化通常会使染色质结构变得松散，增加基因的可及性，促进基因表达；而组蛋白的甲基化则可能根据修饰位点和修饰程度的不同，对基因表达产生促进或抑制作用。这些修饰可以在不改变 DNA 序列的情况下，影响基因与转录因子等蛋白质的相互作用，从而调控基因表达，影响生物的性状。

疑点5：环境因素如何影响基因表达从而改变性状？

温度可以影响酶的活性，从而影响基因表达。例如，喜马拉雅兔的毛色在不同温度下会发生变化，在低温环境下，其身体末端如耳朵、四肢等部位的毛色会变黑，这是因为低温激活了与黑色素合成相关的基因表达，使这些部位合成更多的黑色素。

营养物质的供应也会影响基因表达。比如，在果蝇中，如果幼虫期营养不足，会影响一些与生长发育相关基因的表达，导致果蝇成虫体型变小，翅膀发育不全等性状变化。

疑点6：为什么同卵双胞胎基因相同，但性状不完全相同？

同卵双胞胎虽然基因完全相同，但在生长发育过程中，他们所处的环境可能存在差异。例如，生活习惯、饮食、运动以及所接触的外界环境因素等都可能不同，这些环境因素会通过影响基因表达，使双胞胎在身高、体重、皮肤状况等生理性状以及性格、行为等心理性状上出现差异。

在个体发育过程中，由于细胞分裂和分化等过程，同卵双胞胎的细胞可能会积累不同的表观遗传修饰。例如，在不同的组织器官中，基因的甲基化模式可能会有所不同，导致基因表达的差异，进而使双胞胎在某些性状上表现出不同。

最后提醒

基因与性状的关系是非线性、多层次的，需综合基因互作、表观调控、环境互作分析。生物学中的“因果关系”常表现为概率性（如多基因遗传）而非绝对性。

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