第01章 基因与基因工程概论.docVIP

基因与基因工程概论 第一节 基因概念的发展 一、基因学说 1857年，奥地利的一名神父孟德尔（G. Mendel）在他所在的修道院后院开始进行长达8年的豌豆杂交实验。1866年，孟德尔根据豌豆杂交实验的结果，发表了著名的论文《植物杂交试验》，阐述了他所发现的显性、隐性遗传现象和两个重要遗传学规律——分离规律和自由组合规律。孟德尔提出：生物的遗传性状是通过“遗传因子” 进行传递的，遗传因子是一些独立的遗传单位。孟德尔把可观察的性状和控制它的内在的遗传因子区分开来。遗传因子作为基因的雏形名词诞生了 1900年，来自三个国家的三位学者独立地“重新发现”了孟德尔的遗传规律，他们是荷兰的德弗里斯、德国的柯灵斯和澳大利亚的契马克。 1909年，丹麦遗传学家约翰逊（W. Johannsen）在《精密遗传学原理》一书中根据希腊语“给予生命”之义，创造“基因”（gene）一词来代替孟德尔假定的“遗传因子”。从此基因便成为遗传因子的代名词一直沿用至今。 不过此时的基因仍然是一个未经证实的、仅靠逻辑推理得出的概念。 1910年，T.H.Morgan确认遗传物质基础存在于染色体中并提出基因连锁和互换定律。Morgan第一次将代表某一特定性状的基因同某一特定的染色体联系起来，创立了遗传的染色体理论。1926年出版《基因论》。摩尔根在《基因论》中首次完成了当时必威体育精装版的基因概念的描述。至此，人们对基因概念的理解更加具体和丰富。 基因：是在染色体上呈线性排列的遗传单位，它不仅是决定性状的功能单位，也是一个突变单位和交换单位。 二、DNA或（RNA）是遗传信息的载体 （一）证明遗传物质是DNA或（RNA）的经典实验 1、细菌转化实验 1928年，英国科学家格里菲思在肺炎球菌实验中首次发现了基因是一类特殊生物分子的证据。 野生型肺炎链球菌：能产生荚膜、有毒力、 突变型肺炎链球菌：不能产生荚膜、无毒力、 菌落光滑，称为光滑型（smooth）或S型。 菌落粗糙，称为粗糙型（rough）或R型。 实验步骤： (1)将R型的活细菌注射到小鼠体内，小鼠不死亡。 (2)将S型的活细菌注射到小鼠体内，小鼠患败血症死亡。 (3)将加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内，小鼠不死亡 (4)将R型的活细菌与加热杀死的S型细菌混合，注射到小鼠体内，小鼠患败血症死亡，并检测出有S型细菌。 实验结论： 实验不难说明注入小鼠的S型细菌已经全部被杀死，因此不可能是S型细菌的残留者，唯一合理的解释是活的、非致病的R型已从被杀死的S型中获得了遗传物质，使其产生荚膜成为致病性的S型细菌。Griffith等人把这种现象称为转化。 转化：R型肺炎球菌转化为S型肺炎球菌的现象, 称为转化（transformation)。 转化因子本质的鉴定： 在格里菲斯发现肺炎球菌的遗传转化现象之后不过数年（30年代初），加拿大生物化学家艾弗里领导的一个研究小组便开始探寻转化因子。他们在实验中发现：死去的S型菌并未复活，而是S型菌的DNA进入了R型菌，使其转化为新的S型致病肺炎双球菌。艾弗里等人的实验不仅揭开了“格里菲斯之谜”，并且在世界上第一次证明基因就在DNA上。 艾弗里于1946年用蛋白酶、RNA酶和DNA酶分别处理肺炎球菌的细胞抽提物。 结果: （1）可以破坏、消化蛋白质的胰蛋白酶和糜蛋白酶不影响转化活性； （2）分解、消化RNA（而不是消化分解DNA）的RNA酶对转化活性无影响； （3）在加入分解、消化DNA的DNA酶后，转化活性丧失。 这些实验进一步证明了DNA作为遗传信息载体的功能。 2、噬菌体感染实验 研究噬菌体的美国微生物学家赫尔希等人考虑，能否将蛋白质和DNA完全分开，单独观察DNA的作用呢？他们受赫里奥特思路的启发设计了一个精巧的噬菌体感染实验。（1951年，赫里奥特（R·Herriott）提出一个十分富有魅力和启发性的假说：病毒的作用可能像一个充满着转化因子的注射针。这样的病毒本身不会进入细胞，但它不仅用尾部接触寄生细胞，并可能通过酶的作用在细胞外膜上钻一小孔，然后病毒头部的DNA就钻入细胞。） 3、烟草花叶病毒重建实验 TMV是一种杆状病毒，它有一个桶状蛋白质外壳，由很多现相同的蛋白质亚基组成。外壳内有一条单链RNA分子沿着其内壁在蛋白质亚基间盘旋。 （二）DNA双螺旋模型为确认遗传物质只能是DNA提供结构基础 人们彻底摒弃蛋白质是基因的化学本质的概念，是在1953年美国生物化学家沃森和英国生物物理学家克里克提出著名的DNA双螺旋分子结构模型之后。 DNA分子由两条反相平行的脱氧多核苷酸链组成，两链以脱氧核糖-磷酸为骨架，以右手螺旋方式绕一公共轴盘旋，螺旋直径为2nm，形成大沟及小沟。碱基垂直螺旋轴居双螺旋内侧，与对侧碱基形成氢键配对。相邻碱基平面距离0