4.1 基因的发现

　　从孟德尔定律的发现,一百多年来人们对基因的认识在不断深化。

　　1866年，奥地利学者G.J.孟德尔在他的豌豆杂交实验论文中，用大写字母A、B等代表显性性状如圆粒、子叶黄色等，用小写字母a、b等代表隐性性状如皱粒、子叶绿色等。他并没有严格地区分所观察到的性状和控制这些性状的遗传因子。但是从他用这些符号所表示的杂交结果来看，这些符号正是在形式上代表着基因，而且至今在遗传学的分析中为了方便起见仍沿用它们来代表基因。

　　20世纪初孟德尔的工作被重新发现以后，他的定律又在许多动植物中得到验证。1909年丹麦学者W.L.约翰森提出了基因这一名词，用它来指任何一种生物中控制任何性状而其遗传规律又符合于孟德尔定律的遗传因子，并且提出基因型和表现型这样两个术语，前者是一个生物的基因成分，后者是这些基因所表现的性状。

　　1910年美国遗传学家兼胚胎学家T.H.摩尔根在果蝇中发现白色复眼 (white eye,W)突变型，首先说明基因可以发生突变，而且由此可以知道野生型基因W+具有使果蝇的复眼发育成为红色这一生理功能。1911年摩尔根又在果蝇的 X连锁基因白眼和短翅两品系的杂交子二代中，发现了白眼、短翅果蝇和正常的红眼长翅果蝇，首先指出位于同一染色体上的两个基因可以通过染色体交换而分处在两个同源染色体上。交换是一个普遍存在的遗传现象，不过直到40年代中期为止，还从来没有发现过交换发生在一个基因内部的现象。因此当时认为一个基因是一个功能单位，也是一个突变单位和一个交换单位。

　　40年代以前，对于基因的化学本质并不了解。直到1944年 O.T.埃弗里等证实肺炎双球菌的转化因子是DNA，才首次用实验证明了基因是有遗传效应的DNA片段。

　　1955年S.本泽用大肠杆菌T4噬菌体作材料，研究快速溶菌突变型rⅡ的基因精细结构，发现在一个基因内部的许多位点上可以发生突变，并且可以在这些位点之间发生交换，从而说明一个基因是一个功能单位，但并不是一个突变单位和交换单位，因为一个基因可以包括许多突变单位（突变子）和许多重组单位(重组子)（见互补作用）。

　　1969年J.夏皮罗等从大肠杆菌中分离到乳糖操纵子，并且使它在离体条件下进行转录，证实了一个基因可以离开染色体而独立地发挥作用，于是颗粒性的遗传概念更加确立。随着重组DNA技术和核酸的顺序分析技术的发展，对基因的认识又有了新的发展，主要是发现了重叠的基因、断裂的基因和可以移动位置的基因。

　　4.2 基因的本质

　　基因（遗传因子）是遗传的物质基础,是DNA（脱氧核糖核酸）分子上具有遗传信息的特定核苷酸序列的总称,是具有遗传效应的DNA分子片段.基因通过复制把遗传信息传递给下一代,使后代出现与亲代相似的性状.人类大约有几万个基因,储存着生命孕育生长、凋亡过程的全部信息,通过复制、表达、修复,完成生命繁衍、细胞分裂和蛋白质合成等重要生理过程.基因是生命的密码,记录和传递着遗传信息.生物体的生、长、病、老、死等一切生命现象都与基因有关.它同时也决定着人体健康的内在因素,与人类的健康密切相关。

　　4.3 基因的表达

　　基因的表达过程是将DNA上的遗传信息传递给mRNA,然后再经过翻译将其传递给蛋白质。在翻译过程中tRNA负责与特定氨基酸结合，并将它们运送到核糖体，这些氨基酸在那里相互连接形成蛋白质。这一过程由tRNA合成酶介导，一旦出现问题就会生成错误的蛋白质，进而造成灾难性的后果。值得庆幸的是，tRNA分子与氨基酸的匹配非常精确，只不过迄今为止人们对这种机制还缺乏足够的了解。

　　4.4 基因的改变

　　基因转变一词于1930年由德国遗传学家H.温克勒提出。他把不规则分离现象解释为减数分裂过程中同源染色体联会时一个基因使相对位置上的基因发生相应的变化所致，因而称为基因转变。以后由于发现一个基因发生基因转变时它两旁的基因常同时发生重组，所以认为基因转变是某种形式的染色体交换的结果。因此基因转变机制的研究，实质上也是染色体交换机制的研究。

　　霍利代模型：

　　任何一个说明转变机制的理论必须能够解释基因转变往往伴随着两旁基因的重组，以及一对子囊孢子中的两个孢子有时并不相同这两个事实。为了说明这些现象，一些学者曾提出不同的模型，其中1964年由美国学者R.霍利代所提出的霍利代模型受到了广泛的注意(图2)。它包括:①联会（这里只画出四个染色单体中的两个）；②两个染色单体双链 DNA分子中的各一个单链为核酸内切酶切断；③单链游离端移动；④游离端交换位置；⑤单链连接成为半交叉；⑥⑦半交叉位置移动；⑧两臂旋转后成为⑨中空的十字构型；⑩左：左右两个单链切断,右：上下两个单链切断；?进行DNA修补合成；?左：出现中间包含杂合双链部分的两个染色单体双链DNA分子,两旁的基因没有发生重组;右：同左,但两旁基因发生了重组。

　　中间的杂合双链部分在减数分裂以后的有丝分裂中：或是被校正，那就是杂合双链部分的一个单链被核酸酶所切除，然后以另一单链为模板进行修补合成成为非杂合双链（例如杂合双链部分中的异常的 A:C碱基对被校正为A:T或G:C）;或是发生减数后分离,那就是杂合双链部分通过DNA复制而形成不相同的两个非杂合双链，也就是说在减数分裂以后发生了基因的分离（例如杂合双链部分中的A:C碱基对通过减数后分离成为A:T和G:C）。因此这一模型也说明了一对孢子呈现不同性状的现象。

　　分离现象：两个杂合双链可以都被校正或者都发生减数后分离，也可以一个被校正而另一个发生减数后分离，而且在校正过程中被切除的可以是这一个或那一个单链，因此基因转变的结果可以导致多种不规则分离现象。

　　霍利代模型的一个有力的证据是在电镜照相中观察到大肠杆菌质粒 ColEl具有图2中9那样的DNA 分子图象。除了力求证实这一模型的实验工作以外，还出现一些有关这一模型的修改。这一模型不一定完全正确，可是不失为研究交换机制的一个良好的出发点。