分子生物學(xué)第二章基因的概念21

ConceptoftheGene第2章基因概念的演變和發(fā)展1.早期的基因概念

2.經(jīng)典的基因概念3.基因概念的演變與發(fā)展4.

基因的分子結(jié)構(gòu)5.基因概念的多樣性

泛基因（或者稱前基因）階段順反子階段孟德爾的遺傳因子階段摩爾根的基因階段操縱子階段現(xiàn)代基因階段1.早期的基因概念Thehereditarynatureofeverylivingorganismisdefinedbyitsgenome,whichconsistsofalongsequenceofnucleicacidthatprovidestheinformationneededtoconstructtheorganism.每個生物體的基因組決定了該生物體的遺傳特性，基因組擁有很長的核苷酸序列，能提供組建機(jī)體所需的信息。

1865 Genesareparticulatefactors 1951 Firstproteinsequence 1871 Discoveryofnucleicacids 1953 DNAisadoublehelix 1903 Chromosomesarehereditaryunits 1958 DNAreplicatessemiconservatively1910 Geneslieonchromosomes 1961 Geneticcodeistriplet 1913 Chromosomesarelineararraysofgenes 1977 Eukaryoticgenesareinterrupted1927 Mutationsarephysicalchangesingenes 1977 DNAcanbesequenced 1931 Recombinationoccursbycrossingover 1995 Bacterialgenomessequenced 1944 DNAisthegeneticmaterial 2001 Humangenomesequenced 1945 Agenecodesforprotein 2002 Ricegenomesequenced

1.1融合遺傳理論（Blendinginheritance）母本體液

父本體液

子代具有父、母雙親的性狀直到19世紀(jì)以前人們對子代與親代之間相似現(xiàn)象的原因還存在著許多錯誤的認(rèn)識。如：古希臘的希波克拉底認(rèn)為親代雙方通過血液貢獻(xiàn)出他們的胚芽，然后通過有性繁殖傳給后代。亞里士多德則認(rèn)為，雄性為胚胎提供了“藍(lán)圖”，母體為胚胎提供了物質(zhì)。柏拉圖認(rèn)為，有關(guān)孩子生下來更像父親還是更像母親，取決于受孕時父親的感情更濃烈些，還是母親的感情更濃烈些。

+公元前5世紀(jì)Hippocrates

獲得的性狀是由于環(huán)境影響（非遺傳物質(zhì)的改變）

新性狀一旦獲得,便能遺傳給后代

1.2獲得性遺傳理論（InheritanceofacquiredcharactersL.B.Lamarck.1809）

物種加強(qiáng)和完善對環(huán)境的適應(yīng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾路N1.3泛生論假說（HypothesisofthePangenesis）

達(dá)爾文的泛生論認(rèn)為物體的任何一部分都能分離出特別的，能獨(dú)立進(jìn)行生殖的遺傳粒子和能獨(dú)立得到營養(yǎng)的遺傳粒子——芽球(泛生粒)，這些芽球聚集在性的產(chǎn)物中，但卻能分散在生物的全身，每一芽球都能在下一代身上把已成為芽球起源的那一部分恢復(fù)起來。1.4種質(zhì)論（Theoryofgermplasm

A.Weismann1883.）GermplasmSomatoplasmRoot,Stem,Leaf……Somatoplasm→

Germplasm→

Germplasm經(jīng)典遺傳學(xué)理論1866-1926《ExperimentsinPlantHybridization》

1.5

遺傳因子假說

(HypothesisoftheinheritedfactorG.J.Mendel1866.)

生物性狀由遺傳因子控制

親代傳給子代的是遺傳因子(A,a….)

遺傳因子在體細(xì)胞內(nèi)成雙(AA，aa)

在生殖細(xì)胞內(nèi)為單（A，a）

雜合子后代體細(xì)胞內(nèi)具有成雙的遺傳因子(Aa)

等位的遺傳因子獨(dú)立分離

非等位遺傳因子間自由組合地分配到配子中每一個遺傳因子（基因）是一個相對獨(dú)立的功能單位

遺傳因子的等位性：這是遺傳因子的單位性、純潔性的基礎(chǔ)。等位性指的是在有性生殖的二倍體生物中，控制成對性狀的基因是成對的，形成配子時，只有成對的等位基因才相互分離。遺傳因子的純潔性

否定了HypothesisofthePangenesis（泛生論）

奠定了Theoryofparticulateinheritance（顆粒遺傳學(xué)說）提出了Lawofsegregation（分離定律）Lawofindependentassortment（自由組合定律）

缺乏細(xì)胞在有絲分裂和減數(shù)分裂過程中染色體行為的有力證據(jù)Mendel臨終前說：

GregorMendel1822-1884

等著瞧吧，我的時代總有一天會來臨同時發(fā)現(xiàn)并證實(shí)

Mendel的兩大規(guī)律

1900Hugodevires

1848-1935荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)ErichvonTchermark

1871-1962奧地利維也納農(nóng)業(yè)大學(xué)CarlCorrens

1864-1933

德國土賓根大學(xué)LawofsegregationLawofindependentassortmentWalterS.Sutton（薩頓）“TheChromosomeinHeredity”(1902)

二倍體生物減數(shù)分裂后每個配子僅接受成對染色體中的一個,假定基因是染色體的一部分。第一次將遺傳學(xué)和細(xì)胞學(xué)科學(xué)地結(jié)合起來為Mendel遺傳規(guī)律的解釋提供了細(xì)胞學(xué)證據(jù)。由于同源染色體的分離而實(shí)現(xiàn)等位基因的分離，導(dǎo)致性狀的分離；決定不同性狀的兩對非等位基因分別處在兩對非同源染色體上，由于同源染色體的分離、非同源染色體的獨(dú)立分配，導(dǎo)致了基因的自由組合。1910Thelawoflinkage

T.H.Morgan必須進(jìn)一步把某一特定基因與特定染色體相聯(lián)系，證明基因與染色體在細(xì)胞分裂中的從屬關(guān)系。1906BatsonF2

≠

9：3：3：1。最早發(fā)現(xiàn)連鎖現(xiàn)象的是英國Batson和Punnett（貝特生和潘耐特）香豌豆花色：紫花和紅花。但是他們沒能對此現(xiàn)象作出合理的解釋。?2.經(jīng)典的基因概念

Theoryofthegene（基因論）

基因是染色體上的實(shí)體

基因象鏈珠一樣，孤立地呈線狀地排列在染色體上

基因是（Threeinone）

功能(functionalunit)突變(mutationunit)

交換(cross-overunit)

“三位一體”的最小的不可分割的基本的遺傳單位(1926T.H.Morgan)1866.-1926.

經(jīng)典遺傳學(xué)理論3.基因概念的演變與發(fā)展

3.1基因的位置效應(yīng)

PositioneffectSturtvant發(fā)現(xiàn)染色倒位現(xiàn)象一個基因隨著染色體畸變而改變它與其他基因的位置關(guān)系，從而改變表型的現(xiàn)象。當(dāng)染色質(zhì)處在致密收縮狀態(tài)時，轉(zhuǎn)錄因子無法與染色體包裹的DNA結(jié)合，基因被關(guān)閉。這種因染色體不同區(qū)段的結(jié)構(gòu)而影響基因表達(dá)的現(xiàn)象稱為位置效應(yīng)。按照表型效應(yīng)的穩(wěn)定性可以分為穩(wěn)定位置效應(yīng)（stablepositioneffect，S型，果蠅的棒眼遺傳）花斑位置效應(yīng)（variegatedpositioneffect，V型）

位置效應(yīng)(positioneffect)一個基因隨著染色體畸變而改變它和鄰近基因的位置關(guān)系，從而改變了表型的現(xiàn)象稱位置效應(yīng)?？赡苁请S位置的改變也改變了和調(diào)控元件的關(guān)系和距離，從而影響基因的表達(dá)。按表型效應(yīng)的穩(wěn)定性可把位置效應(yīng)分為兩類，一類叫穩(wěn)定位置效應(yīng)(stablepositioneffect)，又稱S型位置效應(yīng)，如果蠅的棒眼遺傳。另一種位置效應(yīng)是不穩(wěn)定的，稱為花斑位置效應(yīng)(variegatedpositioneffect)，也稱為V型位置效應(yīng)，常由易位而引起。果蠅棒眼的遺傳果蠅的棒眼基因(Bar,B)位于X染色體上，對野生型的復(fù)眼呈不完全顯性，表型效應(yīng)是減少復(fù)眼中的小眼數(shù)，使圓而大的復(fù)眼呈棒狀。棒眼是由于X染色體上一個小片段(16A1~A6區(qū)段)的順接重復(fù)所造成。棒眼作為一個純系很不穩(wěn)定，大約1600~2000個子代個體中，會出現(xiàn)一個野生型的正常復(fù)眼和一個眼睛更窄小的棒眼，名為“雙棒眼”。正常復(fù)眼由約800個小眼組成，棒眼約有70個小眼，而雙棒眼只有45個小眼。Bareye

棒眼Positioneffect

位置效應(yīng)Dosageeffect

劑量效應(yīng)Duplication復(fù)制Wildtype16A779個68個棒眼45個雙棒眼Ｘ－chromosome385個棒眼雙棒眼Sturtevant通過實(shí)驗(yàn),認(rèn)為棒眼轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象，是由于同源染色體發(fā)生了不等交換(unequalcrossover)。Bar++BarffuCrossoverpointDoublebar+fWild-type+fuB+/B+B/B+B/BBB/B+800facets350facets70facets45facetsWild-typeHeterozygousBarHomozygousBarHeterozygousDoublebar雜合棒眼純合棒眼V型位置效應(yīng)：局限于雜合狀態(tài)的基因，其中常染色質(zhì)區(qū)的顯性基因由于倒位、易位而與異染色質(zhì)區(qū)相連接，從而導(dǎo)致在部分組織中這些野生型基因受到抑制，最終表現(xiàn)為野生型和突變型的鑲嵌花斑。（W>wineuchromatin）常染色質(zhì)（Wgenebesilencedinheterochromatin）異染色質(zhì)

WWww

WwRedeye

Wwwhiteeye

Positioneffect

劑量效應(yīng)(dosageeffect)

如在細(xì)胞或個體中既有重復(fù)又有缺失，總的基因組平衡的話，除染色體重排引起的效應(yīng)外，個體表型是正常的。但若總量因重復(fù)而增加，那么某些基因及其產(chǎn)物的劑量也隨之增加，如這些基因或產(chǎn)物十分重要的話必然會引起表型異常。3.2擬等位基因概念的提出

（pseudoalleles）

Multiplealleles復(fù)等位基因野生型基因A向不同方向發(fā)生突變形成不同狀態(tài)的等位基因，總稱為復(fù)等位基因。

a1A

a2

a3Aa1a2a1a1×a2a2

a1a2(nowildtype)

But!W

w-

wa

redeye(w.t)w-wa

×w-Y

Xw-

Y

Xw-

Xw-

Xw-

Xw-

Y

Xwa

Xw-

Xwa

XwaY

?1/1000W.Tredeyewhiteeye(mut)amygdaloideye(mut)

inDrosophila

果蠅

擬等位基因黑腹果蠅中wa代表杏色眼基因,w代表白色眼基因，且都位于X染色體上。

Pwa

wa×wY

杏色白色

F1wa

wwa

Y(杏色眼）

F2wa

wa

wa

wwa

YwY若wa

和w為等位基因，F(xiàn)2應(yīng)該只有親本兩種表型，但在大量的F2群體中卻出現(xiàn)了1/1000野生型紅眼，紅眼不是突變產(chǎn)生，因?yàn)椴豢赡艹霈F(xiàn)如此高的頻率。

Xw

YXwa

XwaXw XwaYXwa

XwaXw XwaY

Xwa YXwa

XwaXwa XwaYXw

XwaXw XwY

X

w+w

YXwaw+

Xwaw+

Xw+

w

Xwaw+

YXwaw+

Xwaw+Xw+w

Xwaw+Y?1/1000W.Tredeye進(jìn)一步研究證明：這是由于杏色眼基因和白眼基因在染色體上所占的位置（座位）相同，但屬于不同的位點(diǎn)，因而它們之間可以發(fā)生交換。

Pwa+/wa+×+w/YF1wa+/+wwa+/Y

（配子）（配子）

wa++wwa

w++wa+YF2出現(xiàn)++/wa+和++/Y（紅眼野生型）

Xwa

w+

YXwa

w+

Xwaw+

Xwa

w+

Xwa

w+YXw+w

Xw+w

Xwa

w+

Xw+wYXw+w+

Xw+w+Xwaw+

Xw+w+YXwa

w

Xwa

w

Xwa

w+

Xwa

wYwaw+w+w杏色眼w+w+waw紅色眼transcis

順反位置效應(yīng)（cis-transpositioneffect)：這種由于排列方式不同而表型不同的現(xiàn)象。wa+/+w兩個突變分別在兩條染色體上，稱為反式（trans);

wa

w/++兩個突變同時排在一條染色體上，而另一條染色體上兩個位點(diǎn)均正常，稱為順式（cis)。反式表現(xiàn)為突變型，順式排列為野生型，這種由于排列方式不同而表型不同的現(xiàn)象成為順反位置效應(yīng)。擬等位基因（pseudoallele)：并將這種表型效應(yīng)類似緊密連鎖的功能性等位基因，但不是結(jié)構(gòu)性的等位基因稱為pseudoallele。擬等位基因的發(fā)現(xiàn)也證明基因的可分性。緊密連鎖（交換率極低），功能相同（表型相似）

SingleSimplePropagationPopulationGeneticsdeveloping

PseudoAlleles

From1940’sMicrobeasgeneticresearchmaterialA1A2

a1a2

w.tMut.A1

a2

a1A2

順反子理論

Theoryofcistron

(S.Benzer1955)

對經(jīng)典的基因概念的

第一次重要修正與發(fā)展

Diplococcum

pneumonice

DNAasgeneticmaterial

1948.retired,TheNobelcommitteehasbeencriticizedfornotrecognizingAvery’sachievementbeforehisdeath(1877-1955)1941.Beadle&TatumNuraspora

crassa

Onegene----oneenzyme

1944OswaldAvery(Canada)Bachelor

Jacob&MonodEscherichiacoli

Lactoseoperon

1955.

S.BenzerE.coliT4phage

Cistron

理論基礎(chǔ)基因是DNA分子上一個特定的區(qū)段，就其功能來說是一個獨(dú)立單位。在這一特定的DNA片段內(nèi)含有許多突變位點(diǎn)，muton，即突變后可以產(chǎn)生變異的最小單位。這些突變位點(diǎn)之間可以發(fā)生重組，因此一個基因內(nèi)含有多個重組單位，也稱recon，即不能由重組分開的最小單位。從理論上分析，基因內(nèi)每一對核苷酸的改變就可導(dǎo)致一個突變的發(fā)生，每兩對核苷酸之間就可發(fā)生重組。由此可見，一個基因具有多少對核苷酸就有多少個突變子和相應(yīng)數(shù)目的重組子，但實(shí)際上突變子的數(shù)目小于核苷酸對數(shù)，重組子數(shù)小于突變子數(shù)。順反子學(xué)說打破了“三位一體”的基因概念，把基因具體為DNA分子上特定的一段順序，即負(fù)責(zé)編碼特定遺傳信息的功能單位——順反子。其內(nèi)部又是可分的，包含多個突變和重組單位。S.Benzer噬菌體的突變型

噬菌斑形態(tài)的突變型；寄主范圍的突變型；條件致死突變型（T4的rⅡ突變）。3.3Theoryofcistron

(S.Benzer1955)

Mut.T4rII:rII107,rII105,rII51,rII47……(3000)PhageE.coli

BE.coli

k12Plaque（噬菌斑）W.tT4Mut.T4rII白,小,邊緣模糊白,小,邊緣模糊大，圓，邊緣清晰都有相同的表型，那么這3000多個突變型是否都是影響同一種遺傳功能？也就是說它們是屬于一個基因還是幾個基因？通過重組測驗(yàn)和互補(bǔ)測驗(yàn)就可以解決這一問題。

rII47

0

0

rII102

E.coliB

planeE.coliB

BlottingintoplaneE.coliK12（λ）

Recombinationassay

（重組測驗(yàn)）

0

0

rII47

rII104

一份再接種大腸桿菌B菌株，在大腸桿菌B菌株的細(xì)胞中r47+、+r104、r47r104、++都能生長，因此在此平板上可統(tǒng)菌體的總數(shù)；另一份溶菌液接種于大腸桿菌K(λ)菌株中倒平板，只有++重組子長，由于rⅡ雙重突變的交互重組子r47r104不能生長，所以無法檢出，但是它頻率和++相等，因此估算重組子數(shù)要把++數(shù)乘以2，代入公式：利用兩個rⅡ不同突變型如r47+和+r104在許可條件下進(jìn)行雙重感染，即同時侵染大腸桿菌B菌株，形成噬菌斑后收集溶菌液，將此溶菌液等分兩份；重組頻率=2×+

+噬菌斑數(shù)噬菌斑數(shù)總數(shù)×

100=2×大腸桿菌K(λ)菌株上的噬菌斑數(shù)大腸桿菌B菌株上的噬菌斑數(shù)總數(shù)×

100這一測定方法稱為重組測驗(yàn)，是以遺傳圖距的方式確定突變子之間的空間關(guān)系。這種方法測定重組頻率是極其靈敏的，即使在106rⅡ噬菌體中只出現(xiàn)一個重組子，也可通過感染大腸桿菌K(λ)菌株的平板檢查出來。但實(shí)際上所觀察的最小重組頻率為0.02％，即0.02個圖距單位，還沒有發(fā)現(xiàn)小于這個數(shù)值的重組頻率。也有可能所觀察的最低重組頻率與假定相鄰核苷酸對可以重組的預(yù)期值是接近的。T4染色體有1.8×105個核苷酸對，其長度為1500個圖距單位，因此0.02個圖距單位約等于2個核苷酸對。這當(dāng)然是粗略的估算，即使如此，也有理由認(rèn)為基因內(nèi)相鄰核苷酸位置上的突變是可能重組的。至于有些rⅡ點(diǎn)突變之間不產(chǎn)生重組子，有可能是同一核苷酸對的不同改變。由此可見重組子的單位可小到相當(dāng)于一個核苷酸對。1.0r47r104

r101r103r105r106r51r1021.32.20.60.51.01.51.92.81.61.41.11.41.82.05.02.23.92.72.95.8Threeinone!

RIIregion

RII4710410110310510651102

Howmanygenes?！

0

0

rII47

rII106

0

0

rII106

rII51

Complementaryassay

planeE.coliK12(λ)recombination?!functioncomplementaryrII

47rII106rII106rII51difficultpropagationrecombinationWhy?How?Ab1

Ab2

a1BAb2相依為命！依據(jù)：Onegeneoneenzyme

Mutant

Wildtype

無能為力！

雜合二倍體內(nèi)，野生型基因?qū)ν蛔冃偷任换?可以發(fā)生功能的補(bǔ)償,產(chǎn)生功能互補(bǔ)效應(yīng)帶有不同突變位點(diǎn)的噬菌體同時感染一個E.coli，構(gòu)成雙突變雜合二倍體，組成互補(bǔ)測驗(yàn)體系，以測定各突變位點(diǎn)所在基因的等位性

Ab1

Ab2

a1BAb2不同的非等位基因

同一等位基因

功能互補(bǔ)效應(yīng)的測驗(yàn)體系具有

不具有

突變位點(diǎn)處于a1BAb2Ab1

Ab2

Benzer的互補(bǔ)測驗(yàn)中所用的兩個突變型，分別位于兩條染色體上，這種組合方式稱為反式排列，如果兩個突變同時位于一條染色體上，則稱為順式排列。在互補(bǔ)測驗(yàn)中，兩個隱性突變?nèi)绫憩F(xiàn)出互補(bǔ)效應(yīng)，則證明這兩個突變型分別屬于不同基因；如不能表現(xiàn)出互補(bǔ)，則證明這兩個突變型是在同一基因內(nèi)。+

-++ABABBAAB順式測驗(yàn)

反式測驗(yàn)突變發(fā)生在同一順反子內(nèi)突變發(fā)生在不同順反子內(nèi)在順式排列中，不論是兩個基因的突變，還是同一個基因內(nèi)兩個位點(diǎn)的突變，在互補(bǔ)測驗(yàn)中均表現(xiàn)出互補(bǔ)效應(yīng)。但如果是屬于同一基因的不同位點(diǎn)的突變，則順式構(gòu)型表現(xiàn)互補(bǔ)，反式構(gòu)型則不能互補(bǔ)。這顯然說明基因是一個獨(dú)立的功能單位：在順式排列里兩個突變位點(diǎn)集中在一個功能單位時，另一等位基因的功能則是完全正常的，所以表現(xiàn)互補(bǔ)；在反式排列中兩個等位基因各有一個位點(diǎn)發(fā)生突變，都喪失其功能，所以不能互補(bǔ)。rII4710410110310510651102

●●●●●●●●Agene

Bgene

rIIofT4phageincludingtwogenes順反子假說（Theoryofcistron）

Cistron

是基因的同義詞

在一個順反子內(nèi)，有若干個突變單位突變子(muton)

在一個順反子內(nèi)，有若干個交換單位交換子（recon）

基因是一個具有特定功能的，完整的，不可分割的最小的遺傳單位

基因內(nèi)可以較低頻率發(fā)生基因內(nèi)的重組，交換

pseudoalleles

是基因內(nèi)的突變體

mut1Xmut2

W.t

是基因內(nèi)發(fā)生交換的結(jié)果

cistron

概念的提出是對經(jīng)典的基因概念的動搖,是對pseudoalleles概念的修正threeinoneoneinone

3.4等位基因（Allele,Allomorph）概念的發(fā)展DNA多型性檢測技術(shù)的發(fā)展(RFLP,RAPD)

Allele

同一座位存在的兩個以上不同狀態(tài)的基因,其總和稱之為復(fù)等位基因（multiplealleles）（A,a1,a2..）

全同等位基因

(homoallele)

非全同等位基因

(heteroallele)

Allele

具有相對差異的DNA區(qū)域

TAAAGTAAT

TAAAGCAAT

site

Genelocus

Muta1

Muta2×W.tAMuta1Muta2ATTCTGAGCTATTCGGAGCT

ATTCAGAGCT

ATTCGGAGCTATTCAGAGCT

(mut2)

ATTCAGAGCTATTCGGAGCT

(mut1)

全同等位基因在同一基因座位(locus)中，同一突變位點(diǎn)（site）向不同方向發(fā)生突變所形成的等位基因(homoallele

)

非全同等位基因；在同一基因座位（locus）中，不同突變位點(diǎn)（site）發(fā)生突變所形成的等位基因(heteroallele

)。

site

Genelocus

Muta1

Muta2×siteW.tAMuta1Muta2ATTCTGAGCT

ATTCGGAGCTATTCTGAGATATTCGGAGCTATTCGGAGAT

(mut)ATTCTGAGATATTCTGAGCT(W.t)

Lac.OperonLactose3.5操縱子理論

(Lactoseoperon1961.Jacob,Monod

)

IPOZYA

zya

某一基因功能的表現(xiàn)是若干基因組成的信息表達(dá)的整體行為最古老的觀點(diǎn)是將基因本身看作是生物的結(jié)構(gòu)物質(zhì);第二種觀點(diǎn)，認(rèn)為基因是酶（或像酶一樣起作用），作為體內(nèi)化學(xué)過程的催化劑;基因被看成是能量傳遞的一種手段;把基因看作是特殊信息的傳遞者;現(xiàn)代基因階段實(shí)際上是重新認(rèn)識基因的階段，基因是DNA分子中含有特定遺傳信息的一段核苷酸序列，是遺傳物質(zhì)的最小功能單位。對于編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因來說，基因是決定一條多肽鏈的DNA片段。

★transcritable,translatablegene(Z,Y,A)Transcritablebutnon-translatablegene(tDNA,rDNA)Non-transcritable,non-translatablegene(promoter,operator)

3.6基因的類型★cisactionelement

AffectstheactivityonlyofDNAsequencesonitsownmolecularofDNA,thispropertyusuallyimpliesthatthefactordoesnotcodeforprotein通過核苷酸自身的特異二級結(jié)構(gòu)控制與它緊密連鎖的結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)一般不編碼蛋白質(zhì)(無基因產(chǎn)物的DNA功能區(qū))

★transactionfactorAffectstheactivityofanygenelocatedongenomebyitstranslatedproduct.通過擴(kuò)散自身表達(dá)產(chǎn)物（酶，調(diào)節(jié)蛋白）控制其他基因的表達(dá)可轉(zhuǎn)錄，可翻譯調(diào)節(jié)蛋白的DNA功能區(qū)可通過互補(bǔ)測驗(yàn)體系確定其功能區(qū)域

onegene→onefunction(Ribozyme,Abzyme,rDNA,tDNA..)

onegene→oneenzymeonegene→onepeptide3.7DNA是主要的遺傳物質(zhì)最初揭示基因的化學(xué)本質(zhì)的是德國的蒂賓根大學(xué)的FriedrichMiescher

。1869年,他從傷員的膿血繃帶的白細(xì)胞中分離了核酸。他發(fā)現(xiàn)這種核酸中含有磷酸組成的物質(zhì)，他命名為核素。核素絕大多數(shù)是染色質(zhì)，是DNA和染色體蛋白組成的復(fù)合物。在19世紀(jì)末，DNA和RNA都在細(xì)胞中從與它們結(jié)合的蛋白質(zhì)上分離到了。對于核酸的細(xì)致分析就得以進(jìn)行。從1930年開始，RNA由核糖和四種含氮的堿基組成，DNA由脫氧核糖和四種含氮的堿基組成。每一個堿基都通過糖苷鍵形成核苷。我們先介紹基因是主要遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)。

DNAisamaingeneticmaterial

Istheproteingeneticmaterial?復(fù)制?表面遺傳信息?

RNAisgeneticmaterialalsoTobaccoMosaicVirus(TMV)▲Hershey

lambdarphagecycle▲Watson&Crich

DNAdoublehelixRIIDNASIII▲1928Griffith1944AveryO.TTheideathatgeneticmaterialisnucleicacidhaditsrootsinthediscoveryoftransformationin1928,FrederickGriffith（弗雷德里克·格利菲斯）

Rstrainisbenign(lackingaprotectivecapsule,itisrecognizedanddestroyedbyhostsimmunesystem)Sstrainisvirulent(polysaccharidecapsule多糖外殼preventsdetectionbyhostsimmunesystem)由R型的肺炎球菌轉(zhuǎn)化為S型肺炎球菌的現(xiàn)象，稱之為轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。為什么會發(fā)生這種轉(zhuǎn)化現(xiàn)象呢？當(dāng)時人們推想一定是S型肺炎球菌的某些物質(zhì)被R型肺炎球菌吸收了，使它轉(zhuǎn)變?yōu)镾型肺炎球菌。但是，這是什么樣的化學(xué)物質(zhì)？

？Conclusion:RstrainisbenignConclusion:

Sstrainisvirulent

Conclusion:

killedSstraincellSarebenignConclusion:

livedRstraincellSweretransformedRstrainLiveSand

RstrainsisolatedfromdeadmouseTransformationofageneticcharacteristicofabacterialcell(Streptococcuspneumonias)

byadditionofheat-killedcellsofageneticallydifferentstrain.HereweshowanRareceivingachromosomalfragmentcontainingthecapsulegenefromaheat-treatedScell.SincemostRcellsreceiveotherchromosomalfragments,theefficiencyoftransformationforagivengeneisusuallylessthan1%.Pathogenic（致病的）OswaldAvery（奧斯瓦德·埃弗里）,ColinMacLeod（科林·麥克勞德）,andMaclynMcCarty（麥克林·麥卡迪）

IsolationofachemicallypuretransformingagentDNA:TheTransformingMaterial

把S型肺炎球菌磨碎用水抽提，發(fā)現(xiàn)這種抽提液中有蛋白質(zhì)、DNA、脂肪和糖類等化合物。然后將抽提液放在培養(yǎng)基中，并用于培養(yǎng)R型肺炎球菌，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)基里產(chǎn)生S型肺炎球菌。這與格里菲斯所看到的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象一樣，因此可以考慮在這種抽提液中確實(shí)存在著某種促成性狀轉(zhuǎn)化的因子。但這種因子是蛋白質(zhì)，還是DNA，或是其他物質(zhì)？

從S型肺炎球菌中抽取出提純的DNA，放到R型肺炎球菌的培養(yǎng)基上時，結(jié)果在那里發(fā)現(xiàn)了S型肺炎球菌，而用蛋白質(zhì)或其他物質(zhì)的抽提液代替DNA時，并沒有發(fā)生這種現(xiàn)象。在DNA的抽提液里加些蛋白酶時，并不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但若加進(jìn)DNA酶時，轉(zhuǎn)化現(xiàn)象便消失了。

電泳顯示：將這種發(fā)生轉(zhuǎn)移的物質(zhì)放于電場中觀察它的遷移情況。這同樣也是DNA的特點(diǎn)，因?yàn)樗写罅康呢?fù)電荷。超速離心法：將這種發(fā)生轉(zhuǎn)移的物質(zhì)放于超速離心器中（速度較高）測定其大小，這種物質(zhì)沉淀比較快速，說明具有較大的分子質(zhì)量，這也是DNA的特征?；瘜W(xué)元素分析表明：這種產(chǎn)物的氮磷比例為1.67，這種比例使這種物質(zhì)更趨向于是DNA，與蛋白質(zhì)的富含氮而少含磷的特性相去甚遠(yuǎn)。盡管在此實(shí)驗(yàn)中少量的蛋白質(zhì)的污染增加了氮磷比例。紫外分光光度學(xué)顯示：將這種物質(zhì)放在紫外分光光度儀器中分析此種物質(zhì)的最強(qiáng)紫外吸收特性，吸收光譜與DNA是相同的，在260nm處有最強(qiáng)吸收峰，而蛋白質(zhì)的最強(qiáng)吸收峰在280nm處。

ViralGenesAreAlsoNucleicAcids，AlfredHersheyandMarthaChase，1952

一個由蛋白質(zhì)構(gòu)成的噬菌體外殼，外殼里面就是噬菌體DNAPhageattachestohostcellandinjectsDNAPhageDNAcircularizeNewphageDNAandproteinsaresynthesizedandassembledintophagesCelllyses,releasingphage

LYTICCYCLEPhageDNAintegratesintothebacterialchromosome,becomingaprophage（原噬菌體）Bacteriumreproducesnormally,copyingtheprophageandtransmittingittodaugthercellsOccassionally,aprophageexits

thebacterialchromosome,initiatingalyticcycle

Thequestionisthis:DothegenesresideintheproteinorintheDNA?

問題是：基因存在于蛋白質(zhì)中還是DNA中？DemonstrationthatonlytheDNAcomponentofT2carriesthegeneticinformationandthattheproteincoatservesonlyasaprotectiveshellRNA也可以傳遞遺傳信息

在上述的試驗(yàn)中，RNA分子被證明不是遺傳物質(zhì)，那么是否是所有的RNA分子都不能作為遺傳物質(zhì)呢？煙草花葉病毒（TMV）脊髓灰白質(zhì)炎病毒、腦炎病毒

1.Transformation