分子生物学 第二章

ConceptoftheGene第2章基因概念的演变和发展1.早期的基因概念

2.经典的基因概念3.基因概念的演变与发展4.基因的分子结构5.基因概念的多样性

泛基因（或者称前基因）阶段顺反子阶段孟德尔的遗传因子阶段摩尔根的基因阶段操纵子阶段现代基因阶段1.早期的基因概念Thehereditarynatureofeverylivingorganismisdefinedbyitsgenome,whichconsistsofalongsequenceofnucleicacidthatprovidestheinformationneededtoconstructtheorganism.每个生物体的基因组决定了该生物体的遗传特性，基因组拥有很长的核苷酸序列，能提供组建机体所需的信息。

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融合遗传理论（Blendinginheritance）母本体液

父本体液

子代具有父、母双亲的性状直到19世纪以前人们对子代与亲代之间相似现象的原因还存在着许多错误的认识。如：古希腊的希波克拉底认为亲代双方通过血液贡献出他们的胚芽，然后通过有性繁殖传给后代。亚里士多德则认为，雄性为胚胎提供了“蓝图”，母体为胚胎提供了物质。柏拉图认为，有关孩子生下来更像父亲还是更像母亲，取决于受孕时父亲的感情更浓烈些，还是母亲的感情更浓烈些。

+公元前5世纪Hippocrates

获得的性状是由于环境影响（非遗传物质的改变）

新性状一旦获得,便能遗传给后代

1.2获得性遗传理论（InheritanceofacquiredcharactersL.B.Lamarck.1809）

物种加强和完善对环境的适应逐渐转变为新种1.3泛生论假说（HypothesisofthePangenesis）

达尔文的泛生论认为物体的任何一部分都能分离出特别的，能独立进行生殖的遗传粒子和能独立得到营养的遗传粒子——芽球(泛生粒)，这些芽球聚集在性的产物中，但却能分散在生物的全身，每一芽球都能在下一代身上把已成为芽球起源的那一部分恢复起来。1.4种质论（TheoryofgermplasmA.Weismann1883.）GermplasmSomatoplasmRoot,Stem,Leaf……Somatoplasm→

Germplasm→

Germplasm经典遗传学理论1866-1926《ExperimentsinPlantHybridization》

1.5

遗传因子假说

(HypothesisoftheinheritedfactorG.J.Mendel1866.)

生物性状由遗传因子控制

亲代传给子代的是遗传因子(A,a….)

遗传因子在体细胞内成双(AA，aa)

在生殖细胞内为单（A，a）

杂合子后代体细胞内具有成双的遗传因子(Aa)

等位的遗传因子独立分离

非等位遗传因子间自由组合地分配到配子中每一个遗传因子（基因）是一个相对独立的功能单位

遗传因子的等位性：这是遗传因子的单位性、纯洁性的基础。等位性指的是在有性生殖的二倍体生物中，控制成对性状的基因是成对的，形成配子时，只有成对的等位基因才相互分离。遗传因子的纯洁性

否定了HypothesisofthePangenesis（泛生论）

奠定了Theoryofparticulateinheritance（颗粒遗传学说）提出了Lawofsegregation（分离定律）Lawofindependentassortment（自由组合定律）

缺乏细胞在有丝分裂和减数分裂过程中染色体行为的有力证据Mendel临终前说：

GregorMendel1822-1884等着瞧吧，我的时代总有一天会来临同时发现并证实Mendel的两大规律

1900Hugodevires

1848-1935荷兰阿姆斯特丹大学ErichvonTchermark

1871-1962奥地利维也纳农业大学CarlCorrens

1864-1933

德国土宾根大学LawofsegregationLawofindependentassortmentWalterS.Sutton（萨顿）“TheChromosomeinHeredity”(1902)

二倍体生物减数分裂后每个配子仅接受成对染色体中的一个,假定基因是染色体的一部分。第一次将遗传学和细胞学科学地结合起来为Mendel遗传规律的解释提供了细胞学证据。由于同源染色体的分离而实现等位基因的分离，导致性状的分离；决定不同性状的两对非等位基因分别处在两对非同源染色体上，由于同源染色体的分离、非同源染色体的独立分配，导致了基因的自由组合。1910Thelawoflinkage

T.H.Morgan必须进一步把某一特定基因与特定染色体相联系，证明基因与染色体在细胞分裂中的从属关系。1906BatsonF2

≠

9：3：3：1。最早发现连锁现象的是英国Batson和Punnett（贝特生和潘耐特）香豌豆花色：紫花和红花。但是他们没能对此现象作出合理的解释。?2.经典的基因概念

Theoryofthegene（基因论）

基因是染色体上的实体

基因象链珠一样，孤立地呈线状地排列在染色体上

基因是（Threeinone）功能(functionalunit)突变(mutationunit)

交换(cross-overunit)

“三位一体”的最小的不可分割的基本的遗传单位(1926T.H.Morgan)1866.-1926.经典遗传学理论3.基因概念的演变与发展

3.1基因的位置效应PositioneffectSturtvant发现染色倒位现象一个基因随着染色体畸变而改变它与其他基因的位置关系，从而改变表型的现象称为位置效应。可能是随位置的改变也改变了和调控元件的关系和距离，从而影响基因的表达。当染色质处在致密收缩状态时，转录因子无法与染色体包裹的DNA结合，基因被关闭。位置效应的分类按表型效应的稳定性可把位置效应分为两类。一类叫稳定位置效应（stablepositioneffect，S型），如果蝇的棒眼遗传。另一种位置效应是不稳定的，称为花斑位置效应（variegatedpositioneffect，V型位置效应），常由易位而引起。果蝇棒眼的遗传果蝇的棒眼基因(Bar,B)位于X染色体上，对野生型的复眼呈不完全显性，表型效应是减少复眼中的小眼数，使圆而大的复眼呈棒状。棒眼是由于X染色体上一个小片段(16A1~A6区段)的顺接重复所造成。棒眼作为一个纯系很不稳定，大约1600~2000个子代个体中，会出现一个野生型的正常复眼和一个眼睛更窄小的棒眼，名为“双棒眼”。正常复眼由约800个小眼组成，棒眼约有70个小眼，而双棒眼只有45个小眼。Bareye

棒眼Positioneffect

位置效应Dosageeffect剂量效应Duplication复制Wildtype16A779个68个棒眼45个双棒眼Ｘ－chromosome385个棒眼双棒眼Sturtevant通过实验,认为棒眼转变的现象，是由于同源染色体发生了不等交换(unequalcrossover)。Bar++BarffuCrossoverpointDoublebar+fWild-type+fuBBYXBBBBBBBBBBBBBYBBBYBYXBBBBBBBBBBBYBBBYB+/B+B/B+B/BBB/B+800facets350facets70facets45facetsWild-typeHeterozygousBarHomozygousBarHeterozygousDoublebar杂合棒眼纯合棒眼

剂量效应（dosageeffect）

如在细胞或个体中既有重复又有缺失，总的基因组平衡的话，除染色体重排引起的效应外，个体表型是正常的。但若总量因重复而增加，那么某些基因及其产物的剂量也随之增加，如这些基因或产物十分重要的话必然会引起表型异常。在果蝇的棒眼(bar)遗传中，由于重复造成的表型变异及基因作用的剂量效应表现非常明显。随着16A区段重复数目的增多，降低红色小眼数的剂量效应越明显。除了基因的剂量效应外，在棒眼基因(B)重复次数相同但位置不同时，也表现出不同的表型效果。果蝇棒眼基因的剂量效应和位置效应V型位置效应：局限于杂合状态的基因，其中常染色质区的显性基因由于倒位、易位而与异染色质区相连接，从而导致在部分组织中这些野生型基因受到抑制，最终表现为野生型和突变型的镶嵌花斑。果蝇眼色的红、白嵌合，小鼠皮毛色的棕、灰嵌合，玉米籽粒的颜色斑点等现象都属于这一类型。果蝇的白眼基因(w)位置在X染色体的末端的常染色质区。如果带有它的等位基因即野生型红眼基因(W+)的X染色体末端被易位到另一染色体的异染色质区，而与W+等位的白眼基因(w)仍处在正常X染色体的原末端位置上，则雌性易位杂合体果蝇(W+/w)的复眼呈现红白嵌合的花斑。如果被易位的基因是w而不是W+,则雌性果蝇(W+/w)的复眼还是正常的红色。（W>wineuchromatin）常染色质（Wgenebesilencedinheterochromatin）异染色质

WWww

WwRedeye

Wwwhiteeye

Positioneffect3.2拟等位基因概念的提出

（pseudoalleles）

Multiplealleles复等位基因野生型基因A向不同方向发生突变形成不同状态的等位基因，总称为复等位基因。

a1A

a2

a3Aa1a2a1a1×a2a2

a1a2(nowildtype)

黑腹果蝇红眼由一个显性基因控制，位于X染色体上，果蝇眼睛还有许多其他颜色，如粉红色、杏色、伊红、象牙色和白色等突变型。早期研究认为控制这些眼睛颜色性状的基因是等位的，之间是复等位关系。用“＋”代表野生型红色眼基因，wa代表杏色眼基因，w代表白色眼基因。But!W

w-

wa

redeye(w.t)w-wa×

wª

Y

Xwa

Y

Xw-

Xwa

Xw-

Xw-

Y

Xwa

Xwa

Xwa

XwaY

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

inDrosophila果蝇

拟等位基因黑腹果蝇中wa代表杏色眼基因,w代表白色眼基因，且都位于X染色体上。Pwawa×wY杏色白色F1wawwaY(杏色眼）

F2wawawawwaYwY若wa和w为等位基因，F2应该只有亲本两种表型，但在大量的F2群体中却出现了1/1000野生型红眼，红眼不是突变产生，因为不可能出现如此高的频率。

Xw YXwª

XwªXw XwªYXwª

XwªXw XwªY

Xwª YXwª

XwªXwª XwªYXw

XwªXw XwY?1/1000W.Tredeye进一步研究证明：这是由于杏色眼基因和白眼基因在染色体上所占的位置（座位）相同，但属于不同的位点，因而它们之间可以发生交换。

Pwa+/wa+×+w/YF1wa+/+wwa+/Y

（配子）（配子）wa++wwaw++wa+YF2出现++/wa+和++/Y（红眼野生型）

Xwª

w+ YXwª

w+

Xwªw+Xwªw+

Xwªw+YXw+w

Xw+wXwªw+

Xw+wYXw+w+

Xw+w+Xwªw+

Xw+w+YXwª

w

XwªwXwªw+

XwªwYwªw+w+w杏色眼w+w+wªw红色眼transcis顺反位置效应（cis-transpositioneffect)：这种由于排列方式不同而表型不同的现象。wa+/+w两个突变分别在两条染色体上，称为反式（trans);

waw/++两个突变同时排在一条染色体上，而另一条染色体上两个位点均正常，称为顺式（cis)。反式表现为突变型，顺式排列为野生型。拟等位基因（pseudoallele)：将这种表型效应类似紧密连锁的功能性等位基因，但不是结构性的等位基因称为pseudoallele。拟等位基因：表型效应相似，功能密切相关，在染色体上的位置又紧密连锁的基因。它们象是等位基因，而实际不是等位基因。拟等位基因的发现也证明基因的可分性。拟等位基因：作用相同，位于紧密相近位点上的非等位基因。由于紧密连锁很难发生交换，因此使用普通的等位基因验测法（allelismtest）往往误认为是等位基因，故称拟等位基因。普通果蝇中的眼色遗传的W+、Wa、W-等基因便是拟等位基因的典型例子。虽然现在称为拟等位基因，但在通过顺反位置效应的互补测验证明机能上属同一基因时，应该说它是突变部位不同的等位基因。

紧密连锁（交换率极低），功能相似

SingleSimplePropagationPopulationGeneticsdeveloping

PseudoAlleles

From1940’sMicrobeasgeneticresearchmaterialA1A2

a1a2

w.tMut.A1

a2

a1A2

顺反子理论

Theoryofcistron(S.Benzer1955)

对经典的基因概念的

第一次重要修正与发展

Diplococcumpneumonice

DNAasgeneticmaterial

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

1944OswaldAvery(Canada)BachelorJacob&MonodEscherichiacoli

Lactoseoperon

1955.

S.BenzerE.coliT4phage

Cistron理论基础基因是DNA分子上一个特定的区段，就其功能来说是一个独立单位。在这一特定的DNA片段内含有许多突变位点，muton，即突变后可以产生变异的最小单位。这些突变位点之间可以发生重组，因此一个基因内含有多个重组单位，也称recon，即不能由重组分开的最小单位。从理论上分析，基因内每一对核苷酸的改变就可导致一个突变的发生，每两对核苷酸之间就可发生重组。由此可见，一个基因具有多少对核苷酸就有多少个突变子和相应数目的重组子，但实际上突变子的数目小于核苷酸对数，重组子数小于突变子数。顺反子学说打破了“三位一体”的基因概念，把基因具体为DNA分子上特定的一段顺序，即负责编码特定遗传信息的功能单位——顺反子。其内部又是可分的，包含多个突变和重组单位。S.Benzer噬菌体的突变型

噬菌斑形态的突变型；寄主范围的突变型；条件致死突变型（T4的rⅡ突变）。①噬菌斑形态突变型：一些是由于侵染寄主后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（plaque）；另一些是由于被感染细菌是全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑。一般烈性噬菌体如T2、T4以及ΦX174等形成清晰噬菌斑，而温和噬菌体如λ和P1等则形成混浊噬菌斑。②寄主范围突变型：噬菌体感染细菌时，首先吸附于细胞表面专一受体上，由受体基因控制，如果受体发生改变，可能使噬菌体不能附着，从而该噬菌体的寄主范围缩小。另外噬菌体突变也可扩大寄生范围。因为决定噬菌斑形态和宿主范围突变的基因在其基因组中相当狭窄的特定区段里，大多数基因涉及生命过程必不可少的功能，所以上述突变通常是致死的。③条件致死突变型：噬菌体大部分基因的功能为复制和产生子代所必需，这些基因的突变是致死的，不能形成噬菌斑，其中有些致死突变在限制条件下致死，而在许可条件下可形成噬菌斑，这种突变称条件致死突变。条件致死突变型在遗传学研究中具重要意义，通过这种突变已鉴定出噬菌体的大部分基因。Benzer所用T4的rII突变就是遗传学研究中所用的第一个条件致死突变型。

T4噬菌体有多个迅速裂解突变型，分别称为rl，rII，rIII等，它们位于T4染色体DNA的不同区段，这3组突变型由于在大肠杆菌不同菌株上的反应不同可以相互区别。T4rII突变使所侵染细胞迅速裂解形成大噬菌斑，所以称为rII突变型。Benzer对rII区域的突变进行了分析：rII突变感染大肠杆菌B菌株后迅速裂解，形成比野生型大的噬菌斑。rll突变型感染带有原噬菌体的大肠杆菌K（λ）菌株时，不产生子代，而野生型T4rII在大肠杆菌K（λ）菌株中能正常增殖。基础遗传学研究首先须有突变型，然后分析突变型间的关系。重组测验与互补测验是确定这种关系的两个基本方法。重组测验是通过遗传图距确定突变的空间关系。互补测验是确定突变的功能关系。3.3Theoryofcistron(S.Benzer1955)

Mut.T4rII:rII107,rII105,rII51,rII47……(3000)PhageE.coliBE.colik12Plaque（噬菌斑）W.tT4Mut.T4rII白,小,边缘模糊白,小,边缘模糊大，圆，边缘清晰都有相同的表型，那么这3000多个突变型是否都是影响同一种遗传功能？也就是说它们是属于一个基因还是几个基因？通过重组测验和互补测验就可以解决这一问题。

rII47

0

0

rII102

E.coliB

planeE.coliB

BlottingintoplaneE.coliK12（λ）

Recombinationassay

（重组测验）

0

0

rII47

rII104

一份再接种大肠杆菌B菌株，在大肠杆菌B菌株的细胞中r47+、+r104、r47r104、++都能生长，因此在此平板上可统菌体的总数；另一份溶菌液接种于大肠杆菌K(λ)菌株（带有原噬菌体的大肠杆菌K(λ)菌株

）中倒平板，只有++重组子长，由于rⅡ双重突变的交互重组子r47r104不能生长，所以无法检出，但是它频率和++相等，因此估算重组子数要把++数乘以2，代入公式：利用两个rⅡ不同突变型如r47+和+r104在许可条件下进行双重感染，即同时侵染大肠杆菌B菌株，形成噬菌斑后收集溶菌液，将此溶菌液等分两份；重组频率=2×+

+噬菌斑数噬菌斑数总数×

100=2×大肠杆菌K(λ)菌株上的噬菌斑数大肠杆菌B菌株上的噬菌斑数总数×

100这一测定方法称为重组测验，是以遗传图距的方式确定突变子之间的空间关系。这种方法测定重组频率是极其灵敏的，即使在106rⅡ噬菌体中只出现一个重组子，也可通过感染大肠杆菌K(λ)菌株的平板检查出来。但实际上所观察的最小重组频率为0.02％，即0.02个图距单位，还没有发现小于这个数值的重组频率。也有可能所观察的最低重组频率与假定相邻核苷酸对可以重组的预期值是接近的。T4染色体有1.8×105个核苷酸对，其长度为1500个图距单位，因此0.02个图距单位约等于2个核苷酸对。这当然是粗略的估算，即使如此，也有理由认为基因内相邻核苷酸位置上的突变是可能重组的。至于有些rⅡ点突变之间不产生重组子，有可能是同一核苷酸对的不同改变。由此可见重组子的单位可小到相当于一个核苷酸对。1.0r47r104

r101r103r105r106r51r100.51.05.02.95.8Threeinone!

RIIregion

RII4710410110310510651102

Howmanygenes?！

0

0

rII47

rII106

0

0

rII106

rII51

Complementaryassay

planeE.coliK12(λ)recombination?!functioncomplementaryrII47rII106rII106rII51difficultpropagationrecombinationWhy?How?Ab1

Ab2

a1BAb2相依为命！依据：Onegeneoneenzyme

Mutant

Wildtype

无能为力！

杂合二倍体内，野生型基因对突变型等位基因,可以发生功能的补偿,产生功能互补效应带有不同突变位点的噬菌体同时感染一个E.coli，构成双突变杂合二倍体，组成互补测验体系，以测定各突变位点所在基因的等位性

Ab1

Ab2

a1BAb2不同的等位基因

同一等位基因

功能互补效应的测验体系具有

不具有

突变位点处于a1BAb2Ab1

Ab2

Benzer的互补测验中所用的两个突变型，分别位于两条染色体上，这种组合方式称为反式排列，如果两个突变同时位于一条染色体上，则称为顺式排列。在互补测验中，两个隐性突变如表现出互补效应，则证明这两个突变型分别属于不同基因；如不能表现出互补，则证明这两个突变型是在同一基因内。+

-++ABABBAAB顺式测验

反式测验突变发生在同一顺反子内突变发生在不同顺反子内在顺式排列中，不论是两个基因的突变，还是同一个基因内两个位点的突变，在互补测验中均表现出互补效应。但如果是属于同一基因的不同位点的突变，则顺式构型表现互补，反式构型则不能互补。这显然说明基因是一个独立的功能单位：在顺式排列里两个突变位点集中在一个功能单位时，另一等位基因的功能则是完全正常的，所以表现互补；在反式排列中两个等位基因各有一个位点发生突变，都丧失其功能，所以不能互补。rII4710410110310510651102

●●●●●●●●Agene

Bgene

rIIofT4phageincludingtwogenesBenzer将不同突变间没有互补的功能区称为顺反子（cistron）。一个顺反子就是一个功能水平上的基因，因此常用顺反子作为基因的同义词。每个顺反子在染色体上的区域称为基因座，而每个基因座中有若干个突变位点，是顺反子内部能发生突变的最小单位。在不同的突变之间可以重组。顺反子假说（Theoryofcistron）

Cistron

是基因的同义词

在一个顺反子内，有若干个突变单位突变子(muton)

在一个顺反子内，有若干个交换单位交换子（recon）

基因内可以较低频率发生基因内的重组，交换

pseudoalleles

是基因内的突变体

mut1Xmut2

W.t

是基因内发生交换的结果

cistron

概念的提出是对经典的基因概念的动摇,是对pseudoalleles概念的修正

基因是一个具有特定功能的，完整的，不可分割的最小的遗传单位threeinoneoneinone基因内互补：互补测验中已知同一顺反子内两突变不能互补，但有例外。发生于同一基因内两个不同位点突变致使两条原来相同的多肽转变成两条分别在不同位点上发生变异的多肽链，而后将这两条多肽构成双重杂合子，两者配合起来，可不同程度的恢复酶的活性部位，称为基因内互补（intrageniccomplementation）。基因内互补对互补测验存在一定干扰，通过研究发现，基因内互补与基因间互补可区分开：①基因间互补普遍存在，而同一基因内不同位点突变绝大多数不能互补，只有少数例外。②基因内两个突变能互补的只能是点突变，无缺失，突变一定是错义突变，不是无义突变或移码突变；③基因内互补作用的酶活性明显低于正常水平，最多只有野生型酶活性的25％，形成的蛋白质常有某种异常，如温度的稳定性或pH依赖性等。

3.4等位基因（Allele,Allomorph）概念的发展DNA多型性检测技术的发展(RFLP,RAPD)

Allele

同一座位存在的两个以上不同状态的基因,其总和称之为复等位基因（multiplealleles）（A,a1,a2..）

全同等位基因

(homoallele)

非全同等位基因

(heteroallele)

Allele

具有相对差异的DNA区域

TAAAGTAAT

TAAAGCAAT

site

Genelocus

Muta1Muta2×W.tAMuta1Muta2ATTCTGAGCTATTCGGAGCT

ATTCAGAGCT

ATTCGGAGCTATTCAGAGCT

(mut2)

ATTCAGAGCTATTCGGAGCT

(mut1)

全同等位基因在同一基因座位(locus)中，同一突变位点（site）向不同方向发生突变所形成的等位基因(homoallele)

非全同等位基因；在同一基因座位（locus）中，不同突变位点（site）发生突变所形成的等位基因(heteroallele)。

site

Genelocus

Muta1Muta2×siteW.tAMuta1Muta2ATTCTGAGCT

ATTCGGAGCTATTCTGAGATATTCGGAGCTATTCGGAGAT

(mut)ATTCTGAGATATTCTGAGCT(W.t)

Lac.OperonLactose3.5操纵子理论(Lactoseoperon1961.Jacob,Monod)

IPOZYA

zya

某一基因功能的表现是若干基因组成的信息表达的整体行为最古老的观点是将基因本身看作是生物的结构物质;第二种观点，认为基因是酶（或像酶一样起作用），作为体内化学过程的催化剂;基因被看成是能量传递的一种手段;把基因看作是特殊信息的传递者;现代基因阶段实际上是重新认识基因的阶段，基因是DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。对于编码蛋白质的结构基因来说，基因是决定一条多肽链的DNA片段。

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

3.6基因的类型★cisactionelement

AffectstheactivityonlyofDNAsequencesonitsownmolecularofDNA,thispropertyusuallyimpliesthatthefactordoesnotcodeforprotein通过核苷酸自身的特异二级结构控制与它紧密连锁的结构基因的表达一般不编码蛋白质(无基因产物的DNA功能区)

★transactionfactorAffectstheactivityofanygenelocatedongenomebyitstranslatedproduct.通过扩散自身表达产物（酶，调节蛋白）控制其他基因的表达可转录，可翻译调节蛋白的DNA功能区可通过互补测验体系确定其功能区域3.7DNA是主要的遗传物质最初揭示基因的化学本质的是德国的蒂宾根大学的FriedrichMiescher

。1869年,他从伤员的脓血绷带的白细胞中分离了核酸。他发现这种核酸中含有磷酸组成的物质，他命名为核素。核素绝大多数是染色质，是DNA和染色体蛋白组成的复合物。在19世纪末，DNA和RNA都在细胞中从与它们结合的蛋白质上分离到了。对于核酸的细致分析就得以进行。从1930年开始，RNA由核糖和四种含氮的碱基组成，DNA由脱氧核糖和四种含氮的碱基组成。每一个碱基都通过糖苷键形成核苷。我们先介绍基因是主要遗传物质的实验。

DNAisamaingeneticmaterial

Istheproteingeneticmaterial?复制?表面遗传信息?

RNAisgeneticmaterialalsoTobaccoMosaicVirus(TMV)▲Hershey

lambdarphagecycle▲Watson&Crich

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

Rstrainisbenign(lackingaprotectivecapsule,itisrecognizedanddestroyedbyhostsimmunesystem)Sstrainisvirulent(polysaccharidecapsule多糖外壳preventsdetectionbyhostsimmunesystem)由R型的肺炎球菌转化为S型肺炎球菌的现象，称之为转化现象。为什么会发生这种转化现象呢？当时人们推想一定是S型肺炎球菌的某些物质被R型肺炎球菌吸收了，使它转变为S型肺炎球菌。但是，这是什么样的化学物质？

？Conclusion:RstrainisbenignConclusion:

Sstrainisvirulent

Conclusion:

killedSstraincellSarebenignConclusion:

livedRstraincellSweretransformedRstrainLiveSand

RstrainsisolatedfromdeadmouseTransformationofageneticcharacteristicofabacterialcell(Streptococcuspneumonias)

byadditionofheat-killedcellsofageneticallydifferentstrain.HereweshowanRareceivingachromosomalfragmentcontainingthecapsulegenefromaheat-treatedScell.SincemostRcellsreceiveotherchromosomalfragments,theefficiencyoftransformationforagivengeneisusuallylessthan1%.Pathogenic（致病的）OswaldAvery（奥斯瓦德·埃弗里）,ColinMacLeod（科林·麦克劳德）,andMaclynMcCarty（麦克林·麦卡迪）

IsolationofachemicallypuretransformingagentDNA:TheTransformingMaterial

把S型肺炎球菌磨碎用水抽提，发现这种抽提液中有蛋白质、DNA、脂肪和糖类等化合物。然后将抽提液放在培养基中，并用于培养R型肺炎球菌，结果发现在培养基里产生S型肺炎球菌。这与格里菲斯所看到的转化现象一样，因此可以考虑在这种抽提液中确实存在着某种促成性状转化的因子。但这种因子是蛋白质，还是DNA，或是其他物质？

从S型肺炎球菌中抽取出提纯的DNA，放到R型肺炎球菌的培养基上时，结果在那里发现了S型肺炎球菌，而用蛋白质或其他物质的抽提液代替DNA时，并没有发生这种现象。在DNA的抽提液里加些蛋白酶时，并不影响实验结果，但若加进DNA酶时，转化现象便消失了。

电泳显示：将这种发生转移的物质放于电场中观察它的迁移情况。这同样也是DNA的特点，因为它含有大量的负电荷。超速离心法：将这种发生转移的物质放于超速离心器中（速度较高）测定其大小，这种物质沉淀比较快速，说明具有较大的分子质量，这也是DNA的特征。化学元素分析表明：这种产物的氮磷比例为1.67，这种比例使这种物质更趋向于是DNA，与蛋白质的富含氮而少含磷的特性相去甚远。尽管在此实验中少量的蛋白质的污染增加了氮磷比例。紫外分光光度学显示：将这种物质放在紫外分光光度仪器中分析此种物质的最强紫外吸收特性，吸收光谱与DNA是相同的，在260nm处有最强吸收峰，而蛋白质的最强吸收峰在280nm处。ViralGenesAreAlsoNucleicAcids，AlfredHersheyandMarthaChase，1952

一个由蛋白质构成的噬菌体外壳，外壳里面就是噬菌体DNAPhageattachestohostcellandinjectsDNAPhageDNAcircularizeNewphageDNAandproteinsaresynthesizedandassembledintophagesCelllyses,releasingphage

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

thebacterialchromosome,initiatingalyticcycle

Thequestionisthis:DothegenesresideintheproteinorintheDNA?

问题是：基因存在于蛋白质中还是DNA中？DemonstrationthatonlytheDNA