(一)遺傳因子的發(fā)現(xiàn) 1.孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn) 1854年夏天,孟德爾開始用34個(gè)豌豆株系進(jìn)行植物雜交育種的遺傳研究,。試驗(yàn)開始時(shí)的34個(gè)豌豆株系類型純凈,,具有適合于作為試驗(yàn)體系的性狀。1856年,,孟德爾開始了他那些著名的一系列實(shí)驗(yàn),。1865年,總結(jié)出著名的遺傳規(guī)律,,并且在布隆自然科學(xué)學(xué)會(huì)宣讀了他的論文《植物雜交試驗(yàn)》,。 2.孟德爾遺傳定律的再發(fā)現(xiàn) 1900年3~5月內(nèi),有三位研究植物雜交的學(xué)者各自獨(dú)立地重新發(fā)現(xiàn)了孟德爾的論文,從而使孟德爾論文的意義被人所理解并得到正確的評(píng)價(jià),。 三位生物學(xué)家是:阿姆斯特丹的德弗里斯(Hugo de Vries,, 1848~1935)、德國(guó)都賓根的柯林斯(Carl Correns,, 1864~1933),、奧地利維也納的馮·切爾馬克(Erich von Tschermak, 1871~1962),。他們都宣稱,,就在完成他們的研究工作的時(shí)候,才注意到早在35年前孟德爾便得出了相同的結(jié)論,。 3.基因的命名 1909年,,丹麥生物學(xué)家約翰遜(Johannsen 1857~1927)創(chuàng)造了基因(gene)一詞,代替孟德爾的“遺傳因子”,, 但是他只提出了基因這一名詞,,并沒(méi)有提出基因的物質(zhì)概念。
(二)基因與染色體關(guān)系的發(fā)現(xiàn) 1.基因位于染色體上的推論——薩頓的假說(shuō) 1902年,,年僅25歲的薩頓在《生物學(xué)通報(bào)》上發(fā)表的文章中,,首次詳細(xì)地圖示了蝗蟲具有成對(duì)確定的、可識(shí)別,、又彼此不同的同源染色體,。文章末尾提出假說(shuō),認(rèn)為染色體攜帶遺傳單位,,而遺傳單位在性細(xì)胞的染色體分裂時(shí)的行為就是孟德爾遺傳定律的物質(zhì)基礎(chǔ),。 在1903年的《遺傳中的染色體》一文中,薩頓對(duì)其過(guò)去假說(shuō)的重要性進(jìn)行了概括和論述,,獲得的結(jié)論是染色體含有基因,,而染色體在減數(shù)分裂中的行為是隨機(jī)的。 2.基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)——摩爾根的工作 摩爾根最初使用的實(shí)驗(yàn)材料有鼠,、鴿,、虱等,但都不太成功,。后來(lái)他接受了美國(guó)遺傳學(xué)家卡斯特爾的建議,,以果蠅為實(shí)驗(yàn)材料,從而取得了突破性進(jìn)展,。 1910年5月,,摩爾根在紅眼的果蠅群中發(fā)現(xiàn)了一只異常的突變品種——白眼雄性果蠅。在之后的實(shí)驗(yàn)中,,摩爾根發(fā)現(xiàn)果蠅白眼性狀的遺傳總是與性別相聯(lián),,指出白眼基因位在X染色體上,。第一次確切地證明了基因在染色體上
(三) 遺傳物質(zhì)的確定 1.肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn) (1)格里菲斯的實(shí)驗(yàn) 1928年,英國(guó)科學(xué)家格里菲斯(F.Griffith,,1877~1941)以小鼠作為實(shí)驗(yàn)材料,,研究肺炎雙球菌是如何使人患肺炎的。他將活的,、無(wú)毒的R型(無(wú)莢膜,,菌落粗糙型)肺炎雙球菌或加熱殺死的有毒的S型肺炎雙球菌注入小白鼠體內(nèi),結(jié)果小白鼠安然無(wú)恙,;將活的,、有毒的S型(有莢膜,菌落光滑型)肺炎雙球菌或?qū)⒋罅拷?jīng)加熱殺死的有毒的S型肺炎雙球菌和少量無(wú)毒,、活的R型肺炎雙球菌混合后分別注射到小白鼠體內(nèi),,結(jié)果卻從小白鼠的血液中分離出了活的S型菌,并且這樣得到的S型細(xì)菌經(jīng)培養(yǎng)還能得到S型細(xì)菌,。實(shí)驗(yàn)表明,,S型死菌體內(nèi)有一種物質(zhì)能引起R型活菌轉(zhuǎn)化成S型菌,但是,,當(dāng)時(shí)他似乎沒(méi)有認(rèn)識(shí)到有遺傳物質(zhì)的傳遞,。 (2)艾弗里的實(shí)驗(yàn) 1944年美國(guó)的艾弗里(O.Avery)、麥克利奧特(C. Macleod)及麥克卡蒂(M.Mccarty)等人在格里菲斯工作的基礎(chǔ)上,,對(duì)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)進(jìn)行了深入的研究(體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)),。他們從S型活菌體內(nèi)提取DNA、RNA,、蛋白質(zhì)和莢膜多糖,,將它們分別和 R型活菌混合均勻后注射人小白鼠體內(nèi),結(jié)果只有注射S型菌DNA和R型活菌的混合液的小白鼠才死亡,,這是一部分R型菌轉(zhuǎn)化產(chǎn)生有毒的,、有莢膜的S型菌所致,并且它們的后代都是有毒,、有莢膜的,。由此說(shuō)明DNA能引起轉(zhuǎn)化。如果用DNA酶處理DNA后,,則轉(zhuǎn)化作用喪失。艾弗里得出結(jié)論:DNA是遺傳物質(zhì),。 2.噬菌體實(shí)驗(yàn) 1943年,,丹麥物理學(xué)家德爾布呂克(Delbrück 1906~1981),意大利裔美國(guó)生物學(xué)家盧里亞(Salvador·E·Luria 1912~1991),,德裔美國(guó)遺傳學(xué)家赫爾希(Hershey1908~)合作發(fā)現(xiàn)了病毒的復(fù)制機(jī)制,。 1952年赫爾希(Hershey)和他的助手蔡斯(Chase)通過(guò)同位素標(biāo)記的方法,,利用噬菌體侵染細(xì)菌,表明在噬菌體的生活史中,,只有DNA是在親代和子代之間具有連續(xù)性的物質(zhì),。因此,證明在上述復(fù)制機(jī)制中起決定性作用的遺傳物質(zhì)是DNA,。 3.煙草花葉病毒的感染和重建實(shí)驗(yàn) 1957年,,格勒(Girer)和歇萊姆(Schramm)的實(shí)驗(yàn)。用石炭酸處理煙草花葉?。?/SPAN>TMV),,把蛋白質(zhì)去掉,只留下RNA,,再將RNA接種到正常的煙草上,,結(jié)果發(fā)生了花葉病,;如果用蛋白質(zhì)部分侵染正常煙草,,則不發(fā)生花葉病。以后有人將車前草病毒(HRV)與煙草花葉病毒(TMV)的RNA,、蛋白質(zhì)分離,、組合,分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn),,進(jìn)一步明確RNA也是遺傳物質(zhì),。 (四)DNA分子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn) 1950年,愛爾蘭科學(xué)家威爾金斯(Maurice Wilkins,,1916-)測(cè)定了DNA在較高溫度下的X射線衍射照片,,提示DNA的結(jié)構(gòu)為螺旋形。1952年5月這個(gè)小組的富蘭克林(Rosalind Franklin)拍得了一張非常清晰出色的DNA的X光衍射照片,。通過(guò)她的研究和其它發(fā)現(xiàn)提出DNA的結(jié)構(gòu)可能是雙螺旋,。 1952年,美國(guó)生化學(xué)家查伽夫測(cè)定了DNA中4種堿基的含量,,發(fā)現(xiàn)嘌呤和嘧啶(AT和CG)的1∶1比值,。沃森和克里克認(rèn)識(shí)到這個(gè)數(shù)值關(guān)系的重要意義,進(jìn)行了各式各樣的模型試驗(yàn),,終于在1953年4月提出了DNA 的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,。 (五)DNA的復(fù)制 1957年,當(dāng)時(shí)在Caltech作研究生的Matthew Meselson和作博士后的Franklin Stahl設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了這組著名的實(shí)驗(yàn):試驗(yàn)中,,他們先將大腸桿菌細(xì)胞培養(yǎng)在用15NH4Cl作為唯一氮源的培養(yǎng)液里養(yǎng)很長(zhǎng)時(shí)間(14代),,使得細(xì)胞內(nèi)所有的氮原子都以15N的形式存在(包括DNA分子里的氮原子)。這時(shí)再加入大大過(guò)量的14NH4Cl和各種14N的核苷酸分子,,細(xì)菌從此開始攝入14N,,因此所有既存的“老”DNA分子部分都應(yīng)該是15N標(biāo)記的,, 而新生的DNA則應(yīng)該是未標(biāo)記的。接下來(lái)他們讓細(xì)胞繼續(xù)生長(zhǎng)增殖,,在不同時(shí)間提取出DNA分子,,利用CsCl密度梯度離心分離。從而證明了DNA的半保留復(fù)制,。 (六)中心法則的提出及其發(fā)展 1957年,,克里克提出,在DNA與蛋白質(zhì)之間,,RNA 可能是中間體,。1958年,他又提出,,在作為模板的RNA 同把氨基酸攜帶到蛋白質(zhì)肽鏈的合成之間可能存在著一個(gè)中間受體,。克里克所設(shè)想的受體很快被證明為tRNA,。 1961年,,雅可布(F.Jacob)和莫諾(J.Monod)證明在DNA與蛋白質(zhì)之間的中間體是mRNA。隨著遺傳密碼的破譯,,到60年代基本上揭示了蛋白質(zhì)的合成過(guò)程,。這樣,就得到了中心法則的最初的基本形式,。 1960年到1970年,,坦明(H. Temin)和巴梯摩爾(D.Baltimore)等研究發(fā)現(xiàn)并證實(shí)了逆轉(zhuǎn)錄酶的存在,使逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象得到了公認(rèn),。這樣,,中心法則就得到了修正。 (七)遺傳密碼的破譯 1954年,,物理學(xué)家George Gamov根據(jù)在DNA中存在四種核苷酸,,蛋白質(zhì)中存在二十種氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系, Gamov認(rèn)為只有43=64這種關(guān)系是理想的,,因?yàn)樵谟兴姆N核苷酸條件下,,64是能滿足于20種氨基酸編碼的最小數(shù)。 1961年,,克里克用T4噬菌體侵染大腸桿菌,,發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)中的氨基酸順序是由相鄰三個(gè)核苷酸為一組遺傳密碼來(lái)決定的,遺傳密碼從一個(gè)固定的起點(diǎn)開始,,以非重疊方式閱讀,,編碼之間沒(méi)有分隔符。 1961年Nirenber和Matthaei用大腸桿菌的破碎細(xì)胞溶液,,建立了一種利用人工合成的RNA,,在試管里合成多肽鏈的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),其中含有核糖體等合成蛋白質(zhì)所需的各種成分,。破譯了第一個(gè)三聯(lián)體密碼,。1964年,Nirenber等找到了另外一種高效破譯遺傳密碼的方法,。1965年Khorara以不同的思路和方法利用重復(fù)共聚物破譯密碼也巧妙地破譯了全部的密碼,。 (八)人類基因組計(jì)劃 人類基因組計(jì)劃(Human Genome Project, HGP)是由美國(guó)科學(xué)家于1985年率先提出,,于1990年正式啟動(dòng)的,。美國(guó)、英國(guó),、法國(guó),、德國(guó)、日本和我國(guó)科學(xué)家共同參與了這一預(yù)算達(dá)30億美元的人類基因組計(jì)劃,。HGP的主要任務(wù)是人類的DNA測(cè)序,。美國(guó)和英國(guó)科學(xué)家2006年5月18日在英國(guó)《自然》雜志網(wǎng)絡(luò)版上發(fā)表了人類最后一個(gè)染色體——1號(hào)染色體的基因測(cè)序,歷時(shí)16年的人類基因組計(jì)劃書寫完了最后一個(gè)章節(jié),。 (九)“聚合酶鏈反應(yīng)”(polymerase chain reaction,,PCR)的發(fā)明 PCR的原理及做法是利用DNA雙鏈復(fù)制的原理,將一條DNA序列不斷加以復(fù)制,,使其數(shù)量以幾何級(jí)數(shù)方式增加,,PCR的最大特點(diǎn),是能將微量的DNA大幅增加,。PCR的發(fā)明人,,一般公認(rèn)是穆里斯(K. Mullis),1984年11月,,穆里斯的技術(shù)員首次取得可信的結(jié)果,,證明了PCR的可行。 (十)基因工程的發(fā)展 1968年瑞士巴塞爾生物研究中心的w.Arber實(shí)驗(yàn)室首次從大腸桿菌B株細(xì)胞中純化出I型限制性內(nèi)切酶,。l970年美國(guó)約翰·霍普金斯大學(xué)的H.O.Smith和K.w.wilcox發(fā)現(xiàn)II型限制性內(nèi)切酶,。 1973年美國(guó)加里福尼亞大學(xué)的赫伯持·博耶(H.Boyer)和斯坦福大學(xué)的斯坦利·科恩(S.N.Cohen)為首的研究小組,在試管中將大腸桿菌里的帶有抗四環(huán)素和抗鏈霉素的兩個(gè)質(zhì)粒重組到一起,,形成重組體,,然后將此重組質(zhì)粒引進(jìn)大腸桿菌中去,結(jié)果發(fā)現(xiàn)它在大腸桿菌中復(fù)制,,并表現(xiàn)出雙親質(zhì)粒的遺傳信息,。博耶和科恩等人的一系列重組實(shí)驗(yàn)的成功,揭開了基因工程的序幕,。 1980年首次通過(guò)顯微注射培育出世界上第一個(gè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物——轉(zhuǎn)基因小鼠,。 1983年采用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法培育出世界上第一例轉(zhuǎn)基因植物——轉(zhuǎn)基因煙草,。
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