基因概念的歷史演變

編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編:課程論文：基礎(chǔ)分子生物學(xué)題目：基因概念的歷史演變基因概念的歷史演變摘要：基因（gene）是遺傳學(xué)家約翰遜（W．Johannsen）在1909年提出來的。在遺傳學(xué)發(fā)展的早期階段，基因僅僅是1個邏輯推理的概念，而不是一種已經(jīng)證實了的物質(zhì)和結(jié)構(gòu)。在基因遺傳學(xué)史上，基因概念的發(fā)展大概分為以下階段：孟德爾的遺傳因子階段；摩爾根的基因階段；順反子階段和現(xiàn)代基因階段。整個演變中人們對基因的認(rèn)識不斷深化和完善。關(guān)鍵詞：基因；概念；階段；類型正文：早期的基因概念遺傳物質(zhì)的早期推測20世紀(jì)20年代，大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，蛋白質(zhì)是生物體的遺傳物質(zhì)。20世紀(jì)30年代，人們才認(rèn)識到DNA是由許多脫氧核苷酸聚合而成的生物大分子，組成DNA分子的脫氧核苷酸有四種，每一種有一個特定的堿基。由于對DNA分子的結(jié)構(gòu)沒有清晰的了解，認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的觀點仍占主導(dǎo)地位。1.孟德爾的遺傳因子階段19世紀(jì)60年代初，孟德爾對具有不同形態(tài)的豌豆作雜交實驗，在解釋實驗中每種性狀的遺傳行為時，用A代表紅花，a代表白花，表明生物的某種性狀是由遺傳因子負(fù)責(zé)傳遞的，遺傳下來的不是具體的性狀，而是遺傳因子。遺傳因子是顆粒性的，在體細(xì)胞內(nèi)成雙存在，在生殖細(xì)胞內(nèi)成單存在。孟德爾所說的“遺傳因子”是代表決定某個性狀遺傳的抽象符號。孟德爾在闡明遺傳因子在世代中傳遞規(guī)律時，就已經(jīng)認(rèn)識到了基因的兩個基本屬性：基因是世代相傳的，基因是決定遺傳性表達(dá)的?，F(xiàn)在所說的“基因是生物體傳遞遺傳信息和表達(dá)遺傳信息的基本物質(zhì)單位”，實際上就是孟德爾所闡明的基因觀。2.摩爾根的基因階段1909年，丹麥遺傳學(xué)家約翰遜創(chuàng)造了“基因”這一術(shù)語，用來表達(dá)孟德爾的遺傳因子，但還只是提出了遺傳因子的符號，沒有提出基因的物質(zhì)概念。摩爾根對果蠅的研究結(jié)果表明，1條染色體上有很多基因，一些性狀的遺傳行為之所以不符合孟德爾的獨(dú)立分配定律，就是因為代表這些性狀的基因位于同一條染色體上，彼此連鎖而不易分離。這樣，代表特定性狀的特定基因與某一條特定染色體上的特定位置聯(lián)系起來?；虿辉偈浅橄蟮姆?，而是在染色體上占有一定空間的實體，從而賦予基因以物質(zhì)的內(nèi)涵。3.順反子階段早期的基因概念是把基因作為決定性狀的最小單位、突變的最小單位和重組的最小單位，后來，這種“三位一體”的概念不斷受到新發(fā)現(xiàn)的挑戰(zhàn)。20世紀(jì)50年代以后，隨著分子遺傳學(xué)的發(fā)展，1953年在沃森和克里克提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)以后，人們普遍認(rèn)為基因是DNA的片段，確定了基因的化學(xué)本質(zhì)。1957年，本澤爾（SeymourBenzer）以T4噬菌體為材料，在DNA分子水平上研究基因內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)，提出了順反子（cistron）概念。順反子是1個遺傳功能單位，1個順反子決定1條多肽鏈。能產(chǎn)生1條多肽鏈的是1個順反子，順反子也就是基因的同義詞。1個順反子可以包含一系列突變單位——突變子。突變子是DNA中構(gòu)成1個或若干個核苷酸。由于基因內(nèi)的各個突變子之間有一定距離，所以彼此之間能發(fā)生重組，重組頻率與突變子之間的距離成正比。重組子代表1個空間單位，有起點和終點，可以是若干個密碼子的重組，也可以是單個核苷酸的互換。如果是后者，重組子也就是突變子。4.現(xiàn)代基因階段（1）操縱子從分子水平來看，基因就是DNA分子上的一個個片段，經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯能合成1條完整的多肽鏈。操縱基因與其控制下的一系列結(jié)構(gòu)基因組成1個功能單位，稱為操縱子。（2）移動基因移動基因指DNA能在有機(jī)體的染色體組內(nèi)從1個地方跳到另一個地方，它們能從1個位點切除，然后插入同一或不同染色體上的另一個位置。移動基因機(jī)構(gòu)簡單，由幾個促進(jìn)移位的基因組成?；虻奶鴦幽軌虍a(chǎn)生突變和染色體重排，進(jìn)而影響其他基因的表達(dá)。（3）斷裂基因過去人們一直認(rèn)為，基因的遺傳密碼子是連續(xù)不斷地并列在一起，形成1條沒有間隔的完整基因?qū)嶓w。但后來通過對真核蛋白質(zhì)編碼基因結(jié)構(gòu)的分析發(fā)現(xiàn)，在它們的核苷酸序列中間插入有與編碼無關(guān)的DNA間隔區(qū)，使1個基因分隔成不連續(xù)的若干區(qū)段。這種編碼序列不連續(xù)的間斷基因被稱為斷裂基因。（4）假基因1977年，G．Jacp根據(jù)對非洲爪蟾5SrRNA基因簇的研究，提出了假基因的概念，現(xiàn)已在大多數(shù)真核生物中發(fā)現(xiàn)了假基因。這是一種核苷酸序列同其相應(yīng)的正常功能基因基本相同，但卻不能合成出功能蛋白質(zhì)的失活基因。（5）重疊基因長期以來，在人們的觀念中一直認(rèn)為同一段DNA序列內(nèi)，是不可能存在重疊的讀碼結(jié)構(gòu)的。但是，隨著DNA核著酸序列測定技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)在一些噬菌體和動物病毒中發(fā)現(xiàn)，不同基因的核苷酸序列有時是可以共用的。二基因類型1.結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因是一類編碼蛋白質(zhì)或RNA的基因．結(jié)構(gòu)基因在理論上有如下兩種功能：其核苷酸順序決定一條多肽鏈(蛋白質(zhì)鏈)一級結(jié)構(gòu)上的氨基酸序列，即一個順反子(cistron)(帶著足以決定一個蛋白質(zhì)分子的全部組成需要信息的最短DNA片段)；其核苷酸順序也決定一條多核苷酸鏈(如mRNA)的核苷酸順序。2.調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因是調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成的基因。它能使結(jié)構(gòu)基因在需要某種酶時就合成某種酶，不需要時，則停止合成，它對不同染色體上的結(jié)構(gòu)基因有調(diào)節(jié)作用?？刂屏硪恍┻h(yuǎn)離基因的產(chǎn)物合成速率的基因。能控制阻礙物的合成，后者能抑制操縱基因的作用，從而停止它所控制的操縱子中的結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。3.重疊基因重疊基因是指兩個或兩個以上的基因共有一段DNA序列，或是指一段DNA序列成為兩個或兩個以上基因的組成部分。重疊基因有多種重疊方式。4.隔裂基因編碼順序由若干非編碼區(qū)域隔開，使可讀框不連續(xù)的基因.真核類基因的編碼順序由若干非編碼區(qū)域隔開，使閱讀框不連續(xù)，這種基因稱為隔裂基因，或者說真核類基因的外顯子被不能表達(dá)的內(nèi)含子一一隔開，這樣的基因稱為隔裂基因。5.跳躍基因跳躍基因是那些能夠進(jìn)行自我復(fù)制，并能在生物染色體間移動的基因物質(zhì)?？勺鳛椴迦胍蜃雍娃D(zhuǎn)座因子移動的DNA序列，有人將它作為轉(zhuǎn)座因子的同義詞它們具有擾亂被介入基因組成結(jié)構(gòu)的潛在可能性，并被認(rèn)為是導(dǎo)致生物基因發(fā)生漸變(有時候是突變)，并最終促使生物進(jìn)化的根本原因。6.假因子假基因具有與功能基因相似的序列，但由于有許多突變以致失去了原有的功能，所以假基因是沒有功能的基因，常用ψ表示。在轉(zhuǎn)殖鼠實驗中，研究人員發(fā)現(xiàn)：假基因makorin1-p1為一碎片基因，它類似于一完整的蛋白基因稱為makorin1，此makorin1位于另一染色體上。正常老鼠腎臟中有大量表現(xiàn)的makorin1蛋白，而當(dāng)假基因makorin1-p1失去功能時，makorin1蛋白的表現(xiàn)也相對減弱且呈現(xiàn)異常，進(jìn)一步的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，makorin1-p1在調(diào)節(jié)makorin1的穩(wěn)定度上扮演非常重要的角色。小結(jié)：通過相關(guān)基因演變的資料了解到了，先由孟德爾把控制性狀的因子稱為遺傳因子，約翰生提出基因這個名詞，取代遺傳因子，摩爾根等對果蠅、玉米等的大量研究，創(chuàng)立起以基因和染色體結(jié)構(gòu)為主體的經(jīng)典遺傳學(xué)，隨著遺傳學(xué)的不斷發(fā)展，人類對基因的本質(zhì)有了更深層的認(rèn)識，基因由最初一個抽象的名詞,最后定義為基因組中一段具體的、可以編碼蛋白質(zhì)或RNA的DNA序列,并成為了生物學(xué)最重要的名詞之一。基因組組成的復(fù)雜性和多樣性,由于動力學(xué)的深入研究，傳統(tǒng)分子生物學(xué)的基因定義有待進(jìn)一步完善，基因遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是原來想象的那么簡單,甚至“基因”一詞有一天可以被其他詞匯取代或進(jìn)一步深入解釋。通過人類的不懈努力，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我們將會對基因有一個更新的認(rèn)識，將會給基因的概念賦予新的內(nèi)容，從而使遺傳學(xué)研究先前推進(jìn)。參考文獻(xiàn)：1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報