孟德尔主义者对于连续变异的解释

孟德尔主义者对于连续变异的解释 孟德尔主义者对于连续变异的解释 2011年11月20日 2(孟德尔主义者对于连续变异的解释 当一个又一个非孟德尔式连续变异的解释显得苍白无力时，必然要得出结论:连续变异不得不以不连续的孟得尔式的基因来解释。当认识到表现型的一个方面可以由不同位点的基因控制时，就可以找到解决的办法了。实际上，孟德尔(1866:36页)在解释他的物种杂交的某些结果(例如,Phaseolus nanns X Ph.multiforus)以及格特纳的物种杂交时，已经详细研究了这一问题。甚至连贝特森也认识到这样有可能解决矛盾:“假如存在着极少数(比如四五对)等位基因，各种纯合和杂合的组合，在顺序上可能接近为连续的曲线，其中成员的纯度[即不连续性]难以预测，而且实际上也不太可能发现”(1901年:234-235页)，有两个、三个、四个或更多的基因影响单一的性状，如身长。他得出结论:“非连续的变异必定慢慢地变成连续变异，这是由于一种性状中结合了许多性状所致。”然而，从相对独立的孟德尔式因子的角度，将连续变异解释为非连续变异，对这一结论反孟德尔主义者并不是一下子就能接受的。 瑞典植物育种学家尼尔森-埃尔首次用实验证实了产生于非连续变异的数量性状能以严格的孟德尔方式遗传下去。他利用小麦的两个变种，一个是红色种子，一个是白色种子进行杂交，发现F1代和F2代只有红色种子。当F2代的植物进行自交时，在F3代可以看到许多特殊的分离(详见遗传学教科书)。他的发现符合这种假说:种子颜色是由独立遗传的三个不同基因控制的。近来发现尼尔森-埃尔用小麦研究这个问题是幸运的，因为这种谷物是六倍体，即具有三个染色体组的多倍体，每一组中有一个控制白色的基因。然而，他后来发现，在其他非多倍体情况下，一个性状是受两个或三个不同的基因影响的。伊斯特(1910)在研究玉米的基础上，独自得出了同样的连续变异的解释，达文波特(1910)通过对人体肤色的研究也得出这一结论。现在已经知道，能够控制单一性状的分离基因的数量确实很大，例如研究鼠类遗传的工作者指出，老鼠的 每个毛色基因同时还影响身体的大小。 多重因子的显著影响在于它将基因型的非连续变异转变成表现型的连续变异。例如在尼尔森-埃尔研究的小麦情况中，植物中红色的显性基因越多，小麦种子的红色就越深。在一个各种个体可能从所有纯合红色隐性(以致根本没有红色基因)到其他三个基因都是纯合显性的群体中，深红色程度的排列将是连续的。当非遗传表现型变异的成分呈现一定的层次时，结果出现一种平滑的连续变异曲线，这种变异的遗传基础中显然含有分离的、即非连续的孟德尔式因子。连续变异的遗传学基础的疑难终于解决了。 几乎任何基因的表达，尤其是与数量效应有关的基因，都可以被其他基因修饰。修饰卡斯特尔研究的头巾鼠色素着色的总量的一些基因就是典型的例子。修饰基因在进化中尤为重要，因为它们能轻易地对选择作出反应，而且它们还能够提供对环境突然变化作出反应所必需的灵活度的群体。多因子(多基因)遗传的本质是，一个表现型的成分(一个性状)，可以受到若干独立基因位点的控制。在遗传学历史上，多因子遗传的情况发现得比较早，最初是由孟德尔发现的(他的莱豆杂交之一)。一个著名的例子是鸡的核桃冠，贝特森和庞尼特1905年表明，这是由于豆状冠位点与玫瑰冠位点相互作用的结果，他们还发现了香豌豆中的多基因现象。尽管如此，还有许多遗传学家不愿意接受连续变异是多因子效应的观点。他们认为，那似乎是人为的非常武断的假说，为的是掩饰盂德尔解释的弱点。 虽然从1905年起，不断发现多因子遗传现象，但在我看来，摩尔根学派由于利用多基因效应的观点驳斥早期孟德尔主义者的-基因-性状(即单位性状)学说而声誉大振。驳斥这一学说便可以把传递遗传学和生理遗传学很清楚地区别开来。这样清除了早期孟德尔学说的一些难以接受的预成论成分，而且无需改变实际上最终完全被翻译成分子遗传学的语言(“遗传程序”)。 多因子遗传，也就是常说的多基因遗传，并不是不同基因相互作用的唯一例子。事实上，基因中可能的相互作用多样性及其程度，以及——按照现在的理解----DNA的不同种类，变得日益明显。贝特森对不同基因位点的上位性(epistatic)(他的术语)特别感兴趣。举一个非常简单的现象，一个白化基因能够抑制几个不同色素基因的色素产物。正如俄国遗传学家切特维里科夫首 次清楚地阐述的那样，所有基因都能为其他基因提供遗传内环境。这在生理遗传学殁进化遗传学中非常重要。 这些相互作用中特殊的一种是基因多效性(pleiotropy):即一种特定的基因能够影响若干性状，影响表现型的不同成分。知道这点对于决定基因的选择值特别重要。所有前面的论述，包括多基因遗传和基因多效性的发现，使我们更加确信一切遗传现象都能从分离的核基因角度去解释。 这时的遗传学倾向于分析生物统计学的连续变异，而且表明这符合孟 及各种动物培育者德尔原理。最初由费舍尔开始的(1918)、后来由马瑟(1949)(Lerner，1958)所从事的数量遗传研究，从20世纪40年代起取得了迅速的发展(Falconer，1960; Thompson和Thoday，1979;又见第?部分)。 软遗传的终止 20世纪20、30年代，摩尔根及其他遗传学家研究的基因显然代表硬遗传。改变基因的唯一途径是突变，即原来恒定的基因通过一个步骤变成另一种基因。人们可能认为这证据能导致所有软遗传学说的终止，但情况并非如此。其实软遗传的消失并不是容易的事。这有许多原因。一是硬遗传的先驱们，即早期的孟德尔主义者(德弗里斯、贝特森和约翰森)没有接受进化的观点。他们错误地认为，接受硬遗传的同时必须采纳孟德尔主义者的不正确的进化学说。此外，遗传定律的作用借助手即使不是明显病理性的也是畸变的性状(白化病、多指、结构缺失等等)。支持硬遗传的证据越有力，新拉马克主义者就越会付出更大的努力去寻找获得性遗传的证据。 20世纪30年代和40年代左右得出的大量令人信服的证据，使最后一些反对孟德尔式遗传中某些形式的遗传学家要么改变观点，要么无声无息。以后的三十年，非遗传学家中偶尔还有人信奉软遗传(Mayr和Provine,1980)，但作为一种有影响的科学理论它却消失了。 人们大概会将软遗传的终止归于三个因素。首先，所有寻找软遗传存在的实验证据的企图，都未成功(见上文)。其次，所有关于基因的研究都揭示出基因具有恒定性(除了偶然的突变)。最后，所有看起来象软遗传的现象，如连续变异及气候规律，最后都能从盂德尔式基因及自然选择的角度去解释。 虽然当时软遗传学说难以存在下去，但是直到分子遗传学家于20世纪50年代证实了从核酸到蛋白质的途径是单线途径，这才敲响了软遗传的丧钟。 自孟德尔定律重新发现后的五十年，遗传学取得了长足的近展。实际上，在此期间，搞明白了传递遗传学的所有方面。在此，提出到1950年左右发现的概要一定有助于追踪遗传学的发展。 (1)遗传物质是颗粒性的，具有单位性，被定为基因，基因、是长期稳 定的(“硬遗传”)。 (2)一定性状是位于染色体上的位点(“基因”)决定的产物。 (3)基因以一定的线性顺序“连锁”在染色体上，但通过杂交可以打断这种连锁，这种情况常发生在染色体上相距较远的基因位点之间(除了双杂交恢复的现象)。 (4)在一个有性生殖物种的个体中，每一个基因常代表两个方面，一方来自于两种纯合体之一的父本，另一方来自子母本(即二倍性原理)。 (5)突变是基因的非连续变化。 (6)必须区分基因型(遗传物质)与表现型。 (7)若干基因可以控制一个“性状”，即表现型一个成分的表达(多基因遗传)，而一个基因又可以影响若干性状的表达(基因的多效性)。 尚未确定的基因性质 1920年以前，就已经很好地理解了孟德尔式遗传的基本特征，同时遗传学开始形成一些分支。群体遗传学出现于20世纪20年代，30年代至50年代特别兴旺(见第十三章)。生理学家和胚胎学家开始认识到，他们研究的现象最终要追溯到基因，因此基因功能的研究成了很重要的遗传学分支。但传递遗传学的研究中仍有一些死角。有些问题还没有彻底解答:基因的性质是什么,基因有什么样的“形态”,它是一个什么样的分子或什么样的分子集团,基因有多大,不同的基因在化学上有什么区别,所有的基因基本上一样吗,或有没 有不同种类的基因,大量有关遗传物质精确本质的类似问题仍未回答，许多学派试图注意这些问题。 报道1920年至1960年这段期间传递遗传学的历史极为困难，因为当时研究的许多问题(如花斑)的技术性比较高，其中有一些问题至今仍未充分解释。实际上，只有搞清楚真核生物的染色体结构和功能，才能充分理解上述问题。那时人们付出了巨大的努力阐明基因的性质。但是，1953年发现了DNA分子的真正结构时，才发现那些努力既无意义又不相关。当时没有发展出什么成功的概念。实际上，提出的绝大多数新概念，如基因粒假说(genomere hypothesis)和戈德施米特的基因区域学说(field theory of gene)，必然被抛弃，至少是抛弃了这些学说刚提出时的形式。我们仍然缺乏对这一时期历史的真实评价，正是在这一时期，随着分子遗传学的出现，人们发现了一些新东西，舍弃了一些旧东西。例如穆勒和斯塔德勒解释他们各自的放射性实验时，经常得出不同的结论。他们的发现之间的明显矛盾，能不能事后聪明地用现代关于染色体及其组成酶和调节基因最佳结构的知识来解决呢,依然有大量的历史分析工作要做，而我提出的解释是尝试性的，可能还要大幅度修改。 为了便于理解从1920年至1960年这四十年的疑问和争议，在这里我将尽力简述经典的基因一染色体学说。染色体是一个连成珠状的链，每一个珠子代表一个基因。每个基因假设为一个分离的微粒，在世代相传中十分稳定(除了极少数的突变)，独立于相邻的基因，并且互不影响(除了少数位置效应影响的情况)。据信基因具有三种功能:(1)每个基因控制(或影响)一个性状(作为功能单位的基因);(2)每个基因独立于其他基因而突变(作为突变单位的基因);(3)每个基因在杂交过程中可以与染色体上最相邻的基因分开(作为重组单位的基因)。人们相信基因分子的轻微改变中包括突变，产生出一个新的等位基因。人们认为杂交是链珠上纯粹的机械截断，随之而来的是同源染色体上相关的“链上片段”的新组合。 一个基因独立于相邻基因的概念，以及基因在染色体上的位置纯粹是偶然的概念，通过摩尔根学派的发现而得到了加强，他们发现果蝇染色体上相邻的基因经常控制完全不相关的性状，而且许多基因影响一个特征，比如说，控制眼睛的基因广泛存在于整个染色体上。于是很多人都认为基因的近似性是 先前染色体断裂的历史产物。有多少连锁就有多少染色体，这一事实也符合这个学说。 此外，假如基因确实是微粒，这样就有可能借助各种技术手段计算它的大概大小，并以此作为辅助方法估计一个细胞核中整个染色丝可能存在的基因数量。穆勒(一个习惯说“当然”的人)首先(在摩尔根小组，1922年)进行了这样的计算，这种计算在1929年得到了进一步的完善。他根据指示物的数量(包括突变率及杂交的其他方面)，于1929年估计果蝇基因的最适值是1, 400至I，800之间。许多学者利用放射性技术后来估算出一条X染色体的基因为l，300至1，800,因此所有染色体上的全部基因超过了14, 0000 细胞学的观点显然对链珠概念提供了进一步的支持，甚至有可能计算珠子。减数分裂细线期的核物质确实经常显示出链状，以及带有所谓的“珠子”，即细胞学家所称的染色粒(chromomeres)。有些细胞学家提出每个染色粒代表一个基因。贝林(1931)在百合属细胞核中数出2，500对左右的染色粒。其他细胞学家表明，有些染色粒包含好几个基因。 细胞学的迅速发展似乎证实了染色粒学说。1933年，海茨和鲍厄在果蝇唾液腺巨型染色体中发现了巨型带，佩因特和柯尔佐夫提出这些带伴随着一系列有许多线的染色体，而且这些带的顺序符合基因的顺序。布里吉斯(1938)在果蝇的唾液腺巨型x染色体中数出至少有1，024条带，因而提出存在相近数值的基因。同过测量染色体的体积，就有可能估计基因的大小。然而，这些估计错了一个或两个数量级，而且后来对于微生物基因的研究表明，不存在固定的基因尺寸，实际上，同一个体不同基因可以在两个 数量级之间变动。 唾液腺染色体的发现对于遗传学的其他问题来说远比对于决定基因的数量和大小要重要得多。用显微镜分析唾液腺染色体常常可以直接决定基因型，而无需进行系统的杂交实验。利用显微镜可以在遗传分析的基础上进行推断并揭示出染色体突变的存在 (重排)。现在可以轻而易举地研究双翅目昆虫中倒位、缺失、重复、易位。同时，带状图式的复杂性为真核生物染色体的复杂性和染色体的异质性提供了坚实的证据。 位置效应 最初，所有已知的遗传事实似乎都符合基因与染色体的链珠状模式，但后来却发现了例外及矛盾的事实。 斯特蒂文特(1925)发现的位置效应揭示了第一个重要的矛盾。果蝇X染色体上有一个显性基因，叫做“棒眼”，使眼睛变得狭长而非圆形。这一基因可以突变使眼睛更为狭长(超棒眼)或回复为圆形。进一步的分析揭示了这一情况的两介方面。首先，捧眼表现型并非由于简单的基因突变，而是由于染色体上的结构改变。通过唾液腺染色体的研究发现，正常果蝇中这一位点(s)有六条带，但棒眼果蝇的六条带是二重的(SS)，超棒眼果蛹的同一段是三重的(SSS)。正常的圆眼果蝇由棒跟突变而来只有s段。正如斯特蒂文特利用棒眼位点任何一边突变基因的行为所证实的那样，这样的结构变化只能用不等的(或“偏斜”)杂交来解释。通过对于果蝇及其他生物其他基因的详细分析，最终揭示出不等杂交并不罕见----换句话说，重组单位并不是基因所必然具备的。这是基因三重能力学说的第一个缺口。 棒眼基因的第二个方面或许更令人惊奇。当两个棒眼基因柱同一条染色体上彼此接近时，它们对眼中小眼的数量产生了特殊的影响，这还不同于两个基因在两条同源染色体上相对时的情况，斯特蒂文特将这种现象定为位置效应(position effect)。因此，棒眼情况可以证实一个基因的功能及其对生物表现型的影响仅仅通过染色体上遗传物质排列的变化就能发生改变，而无需突变及任何遗传物质的质上的变化。 拟等位性 经典基因概念的另—个难以解释的问题是由所谓的拟等位性(pseudallelism)现象带来的。摩尔根学派早期发现的相邻基因通常彼此似乎毫无功能上联系这一事实，引起很大的震动。基因影响眼的颜色、翅脉的形成、刚毛的形成、体毛及其他彼此相连的性状。“基因”最初有非常相近的效应，简直就是一个基因的等位基因。如果基因是杂交的单位，则不能预测等位基因中的重组。实际上，摩尔根学派探索白色位点等位基因杂交的早期尝试(1913; 1916)并不成功，诚如后来证实的那样，主要是由于样品太少。然而，自斯特蒂文特(1925)提出棒眼重复的不筹杂交之后，以及自布里吉斯(1936)利用唾液腺染色体作为证据证明这个学说之后，当时曾一度在明显的等位基因间尝试过许 多重组。奥利弗(1940)首次成功地在黑腹果蝇(Drosoplvla ,melatnogaster)的菱形物位点发现了基因不等交换的证据。将具有两个不同等位基因(lzg,lzp)的杂合子拼入标记基因，有0.2%可以回复为野生型。标记基因的重组证实了“等位基因”中能发生交换。 相距较近的以及只能在大量样品中才能 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 到其杂交的基因，还有正常行为象等位基因一样的基因，被定为拟等位基因(Iewis，1967)。它们和真正的等位基因的功能比较相似，而且转座时有能力产生突变表现型。这样的现象不仅能在果蝇中发现，也能在玉米中发现，并且在微生物中特别频繁。分子遗传学开辟了解决这些问题的途径，但是我们仍未彻底搞清楚这些问题，主要是由于我们对真核生物基因的调控理解尚不完全。 还是让我们回顾一下位置效应的发现所带来的深刻影响吧。杜布赞斯基在一篇评 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 章中得出结论:“一条染色体不仅仅是基因的机械集合，而且是高度有序的单位„„染色体的性质是由作为其结构单位的基因决定的，一条染色体是反映该生物历史的和谐系统，而且其本身是决定这一历史的因素” :382页)。 (1936 其他人也不满意基因“珠子概念”的这一温和的修正。甚至自孟德尔主义创始时，就有一些生物学家(如Riddle和Child)引证了较有份量证据反对基因的颗粒学说。位置效应对他们有利。戈德施米特(1938，1955)这时成了他们最有力的代言人。为了取代基因的颗粒学说，他提出了一个“现代基因学说”(1955:186页)。在他看来，不存在位点基因，相反存在着“染色体上一定片段的一定分子的模式，模式的任何变化(广义的位置效应)都改变染色体的部分效应，因此看起来象一种突变。“染色体整个看起来是一个分子“区城”(field)，过去所认为的基因，是这一区域分开的或重叠的片段，因而，突变是染色体区域的重新模式化。区域学说与人们所接受的许多遗传学事实不相符合，但是就连戈德施米特这样有经验的遗传学家也认真地提出一种学说，仅此事实就可以说明有关基因的学说仍然很不牢靠。 20世纪30年代至50年代出版了大量关于基因的理论性文章，也反映出了这点(Demerec,1938! 1955;Muller,1945} Stadler,1954)。 不稳定基因 雨果?德弗里斯在其早期遗传学研究中，于1892年发现了一 种带有红色条纹花的金鱼草变种(Antirrhinum majus)，其后代的 花能够产生大量的花斑，从斑点到长条状，或块状花斑到大面积花斑。不同的花、同一植物不同枝条上花的花斑也会不同。由于这一发现，因而在多数动植物中发现了不稳定基因，并提出了大量的解释，如显性漂移，或存在“基因粒”，或主要的非常复杂的基因存在亚基因等。这些学说，由于它们的极端颗粒性，因此可以说是与区域学说针锋相对的。根据基因颗粒学说，某些(全体,)基因被认为由不同的颗粒组成，这些颗粒在有丝分裂中不均等分配(魏斯曼的思想～)。柯伦斯、E(G(安德森、艾斯特和德梅雷克曾一度赞成过基因的颗粒假说，但是反证的力量使他们在二十世纪三十年代初便抛弃了这种假说(Demerec，1967; Carlson，1966:97-105页)。德梅雷克后来将这种不稳定性归因于“基因的化 学不稳定性”，当然这不能解释任何现象，只不过是将棘手的现象从 生物学家的领域转到化学家的领域。 以后，经过长时间的平静，不稳定基因又重新引起注意，有人将不稳定基因的行为归于基因位点的相互作用或染色体的相互作用。我说的是巴巴拉?麦克林托克(Barbara McClintock，1951)的工作，她发现结构上不稳定的染色体。引入到一定的玉米基因型之中后，导致染色体g和其他染色体的许多基因“突变”成不稳定的隐性形式。其中显然包括这些基因表达的逆转抑制。虽然这一“异常”发现(诚如后来所提到)的真实意义直到十二年后才得到普遍的理解——那时在微生物中又发现了这一现象，这时有清楚的证据表明，一个位点上的“突变”能够由不同位点的调节行为所掩饰。换句话说，当某个基因本身保持完全的稳定时，其他的基因可以改变这个基因表达的表现型。至于这种由上位显性基因相互作用引起的假突变频率是多少，还不知道。在前五十年，许多研究者抱着不稳定性解释能对了解基因性质有一定突破的信念，奉献了许多时间和努力研究不稳定基因。谢天谢地，总算搞明白了，这种现象不是由于一个基因的某些性质的影响，而是由于整个基因系统功能的影响(相互作用) 从20世纪30年代到50年代这段期间，研究基因的学者们花费了很多心血，但这一期间仍有许多问题难以解释。显微镜并不能提供基因的较好图式，还不及纯粹的遗传学分析。甚至对于巨型唾液腺染色体的分析也是如此，显示 出的带的混乱变异与基于位点或邻近这些带所推出的基因功能并不相关。谁也不能直接看到基因，人们只能通过推断了解基因。而且最终只能通过研究基因在突变中的变化这一唯一途径来探索有关基因的信息。 确实，尽管研究突变引起基因产物的化学变化取得了巨大的成功，特别是在微生物中，由比德尔和塔特姆开创的出色研究，但是因为这项工作相当审慎地限于酶这种基因的产物上，所以未能对研究基因本身的结构有什么样帮助。 实验突变和基因的性质 到1920年，通过杂交实验显然不能了解多少基因的性质。还需找到其他可能的方法去获取信息。1944年之前，生物化学家和生物物理学家在概念上还不成熟，技术上也未能有效地从生物化学的角度解决基因问题。在这种情况下，有些研究者想到突变的实验产物可能是解决基因性质的一条途径。H(J(穆勒首先认识到，许多人通过研究突变的偶发途径，甚至突变实验，绝不可能得到清晰的结果。因而他提出要正视一些本质情况，尤其是(1)实验物质的遗传纯度，(2)实验及控制的样品数目要大，使其有随机测验的意义，(3)新方法的发展，特别是具备特异构成的品种(带有适当的致死基因、标记基因和杂交抑制基因)，以便能测试各种基因结构假说。象教科书中记述的那样，这些特异的果蝇品种，使穆勒能够计算新发生突变的实际频率。这是非常重要的，因为有许多突变是隐性的，而且一直很难确定隐性突变产生的时间。此外，纯合条件下许多突变是致死的，即当突变发生在两条同源染色体上时是致死的。当然，纯合致死会消失，不会出现子代。在穆勒的技术手段中，三个步骤特别重要:为了得到清楚的鉴定结果，将标记基因放在染色体上，具有杂交抑制机制的部分在染色体上的位置，以及标记染色体与另一条适当地修饰任何突变改变的染色体进行配对。当穆勒使这些品种完成了发育，他将其中的果蝇放在各种剂量的X射线中照射。 他使用了一种雌性品种，该品种与一种在X染色体上有致死突变的雄性果蝇杂交，F2代中的雄性全部死亡。因此，假如一种受X射线照射的雄性在F2代仅仅产生出雌性后代，那么就表明它的X染色体上已经被诱导了致死的突变。 当一种未受处理的雄性果蝇与同一品种的雌性果蝇杂交时，大概F2代只有千分之一的雌性果蝇发生杂交。这意味着同时发生在正常X染色体上任何一个位置的致死突变的概率为千分之一或0.1%，这是突变的自然或自发频率。当雄性果蝇受到4，OOOY单位的照射时，1000个杂交后代中只出现大约X射线 100个雌性果蝇。因此，受到照射的果蝇突变频率比自发条件下的突变X射线 频率高出100倍。几乎与穆勒同时，植物遗传学家斯塔德勒(L(J(Stadler，1896-1954)在大麦和小麦中也进行了人工突变(1928)。 穆勒的发现，特别是他们发展的出色方法，开辟了一个崭新的研究领域。有可能在定量的基础上研究突变，例如，使突变率与X射线剂量相关。“穆勒的观点和实验决定了整个突变的研究领域。他提供了概念框架，解决了关键的问题，研究出巧妙的实验手段，而且在整个阶段从日益增多的资料文献中得出了连贯的学说。他提出的许多观点和建议虽然一度经过检验曾看作是错误的，但后来证明是对的”(Auerback, 1967)。 后来发现，不仅X射线、而且一些化学药剂也能产生诱变结果。其中最早发现的诱变物质是芥子气。一位英国的外科医生罗布森作了巧妙的观察，发现由芥子气引起的灼伤与由X射线引起的灼伤非常相似。于是他向一位遗传学家(Auerback)建议验证芥子气的诱变性，奥尔巴克确实发现了他所预言的现象(1941)。苏联的拉波波特独自发现甲醛也是诱变剂。自20世纪40年代以来，搞清楚了大量诱变物质的化学组成(Auerback，1976)。每一种诱变剂都可以产生广泛的突变，但还没有证据表明诱变剂对特异基因的特殊作用。然而，由化学诱变剂引起的一些突变频率与由光照射引起的突变频率不同。特别有意义的是，发现一些(许多,)诱变剂是致癌物。这一发现导致有人提出利用一种迅速方法鉴别可能的致癌物的化学性质:将细菌浸泡在那些化学物质中，寻找突变率增加的原因。 在穆勒看来，更重要的是认识到人工诱导突变的方法能对解决基因的性质与结构问题有所帮助。假如基因是具有一定大小的容易确定的颗粒，用离子射线(电子或短波射线)轰击基因时，将会击中这些颗粒，而且造成的损伤会显示出类似一种突变。这就是突变的“击中学说”(hits theory)或突变的靶子学说(target theory)，这些在K(G。齐默及M(德尔布吕克与第莫菲夫一雷索夫斯基的经典通信中(1935)叙述的非常详细。 靶子学说未能得出恒定一致的结果(Carlson,1966:158--165页)，因此未能更好地理解基因。另外还发现底物的放射性也能提高突变率，许多化学物质(芥子气、石碳酸等等)是象放射物一样的诱变剂。任何能够干扰正常基因复制过程中的东西都可能产生突变。于是使得一些学者采纳了这一突变定义:“基因复制中的一些差错”(近来发现这一说法不适于所有突变现象)。 然而，放射性手段遇到了根本的困难。受到照射的不是分离出的基因，而是染色体，即是基因及与基因共存的基质。基因和染色体基质都容易受到x 的损伤，但是研究产虫出的突变表现型不太可能揭示到底是基因突变，还射线 是基质(染色体)突变。利用细胞学实验经常发现染色体的少量缺失(常常很少)，而且很清楚地可以确定为染色体突变。研究x射线突变的两位最有名望的领袖，H(J(穆勒(关于果蝇的研究)和L(J(斯塔德勒(关于玉米的研究)，对于经过X射线处理产生的真正基因突变的频率看法不一致。斯塔德勒认为只有新的突变经过照射才能回变到照射前的性状。这种情况至少在玉米中是不常见的。斯塔德勒设想在所有情况中，既产生不稳定的基因产物，又产生染色体损坏的结果。诚如他在自己的最后一篇文章(1954)中所说:“一个突变体可能会产生各种基因突变，然而假如是不能回复的突变，完全有把握设想是由于基因丢失(染色体缺失)，假如能产生回复突变，则完全有把握认为是由于一种表达效应(不稳定基因) 。”并非每个人(至少穆勒)采纳了同样的放射性效应的观点。不过最好认为从放射实验中可能探索出的信息是有严格局限性的。 当时，清楚地认识到两个事实，首先是(与以前的观点不同)具有相似功能的基因有时紧密地排列在染色体上(基因复合体，Lewis，1967)，其次是基因结构必定是相当复杂的(“形态”)，使得各部分有独立的功能、突变和重组。这肯定是大分子水平上的复杂性。遗传学家越来越清楚地认识到，基因的复杂性是横在他们面前的一堵墙，不能用遗传学-细胞学的仪器来辨认。 干扰是放射实验过程中的一种进一步的观察手段。照射后的突变速率确定的越早，就会发现速率越高。看起来损伤的染色体有能力“痊愈”，至少是部分痊愈，或修复已被破坏的片段。后来的研究发现，确实存在着一种调节修复机制，能够修复损伤的基因和染色体(Hanawalt等合著，1978; Generose 等合著，1980)。因而，说的明白一点，可以将可见的突变视作修复基因的错误或失败。 分析了20世纪20年代、30年代和40年代突变研究者的工作后，我们发现，他们的工作对于我们理解基因的性质帮助甚少。这些研究中最积极的参加者之-德梅雷克(1967)在他的回忆录中说的相当真实:“在遗传学最初的半个世纪，我们的基因物质结构的概念仍然是静止的。”直到利用了新的方法和不同的材料后，才取得了真正的进步。 真核生物的染色体相当复杂，至今仍不能透彻理解这些染色体基因的 冷泉港讨论会，1978)。现在发现，本世纪上半叶不可能彻底结构和整合作用( 理解基因及真核生物的染色体。直到人们研究的生物从老鼠，果蝇、玉米这样的真核生物转向研究大肠杆菌和病毒后，才取得了真正的进展。由于原核生物没有染色体，它们的遗传物质组成又非常简单，所以可以不受染色体基质的阻碍去研究DNA。 通过研究真核生物染色体了解到的重要一点是，这种染色体不容易研究。不均等杂交显示出功能基因不是重组的必要单位。突变分析(尤其在微生物中)已经表明，一个功能基因中可能有几个不同的突变位置，而且位置效应(顺式-反式差异)已经表明基因并非一定是功能单位。早期将基因同时看作重组、突变和功能单位的简单观点不得不抛弃。鉴于这些矛盾，本泽(1957)提出要完全舍弃“基因”一词，代之为三个不同的术语:突变子(muton)，作为突变单位，重组子(recon)，作为重组单位(由杂交位点决定);顺反子(cistron)，作为基因的功能单位(在位置效应中， 顺式-反式不同)。在这三个术话中，顺反子与传统的基因概念的关系最密切，因为基因的特点通常是由基因的效应决定的。最后，“基因”这一术语又重新被普遍使用，不过带有本泽所下的顺反子的含义。“突变子”和“重组子”这两个术语从未被普遍使用过。 不同的基因概念 很难确定从1900年至本世纪50年代这段期间遗传学家持有什么样的基因概念。即使我们只注意那些接受颗粒学说的人，还不算那些接受区域学说 或相信混合、连续的遗传物质的人，也是如此。因为还没有人对基因问题讲行历史的分析，所以我打算做一些初步的论述。由于有些遗传学领导人的一些观点有所改变，事情便更复杂了。我这里评述的四种对基因的看法绝不意味穷尽 了所有可能的看法。 大概最古老的观点是，基因本身是生物的建筑材料。达尔文的芽球学说与这一观点比较接近。当德弗里斯(1889)提出泛生子从细胞核转到细胞质，形成生物所含组织及器官的组建物质时，他修改了这一观点。有时有人提出基因含有蛋白质的看法。 第二种观点传播较广，这种观点可以追溯到赫伯兰特(1887)和魏斯曼(1892)，即基因是酶，或基因的作用象酶，在身体中起化学过程的催化剂作用。因为后来发现酶是蛋白质，这表明有可能意味着基因就是蛋白质(Fruton, 1972) 染色体中含有核蛋白(nucleoproteins)，显然不纯粹是核酸，这一发现对酶学派的思想影响很小。 当开始认识到核酸的重要性时，人们便将基因看作能量传递的手段。1947年，即艾弗里及其同事证明DNA是传递物的三年后，穆勒提出核酸的化学作用可能在于它提供了基因反应的能量，“很有可能核酸以聚合形式提供了一种途径，决定能量流入基因结构的极其复杂的模式或基因与细胞的关系。”至于基因的作用，穆勒认为，“假如最重要的基因产生的不象„„这种基因本身„„那么基因在产生基因时的作用一定象酶”(1973: 152页;见Carlson, 1972)。穆勒认为“认为不论基因还是它的最重要产物的作用总是或通常象酶，这样看为时尚早。”相反，穆勒提出一个基因可能产生“许多组成(或补充)其自身的相似的分子”，而且这些基因产物“在它们参加的一些反应中可能起到一定的作用。”穆勒的这两种不同说法中含有浓厚的新陈代谢的含义。 最后，一些人将基因看作运载高度特异信息的运输物。这一观点含糊不清地存在了很长时间。这是一个非常明白的思想，以至有些学者不得不赞成它，特别是在1953年以前。然而，我在研究文献时并没有遇到这类假说。除了其他概念成分外，这一思想还要求完全区分基因型和表现型。当然，自从发现DNA结构及其在蛋白质合成(转录和转译)中的作用后，作为功能单位的基因概念，成了现代的标准概念。 上述四种基因概念中的每一种都提出有关基因的化学成分及其功能的设想。然而，大约在1950年以前，还没有充分认识到基因的化学特征对于决定基因的性质是非常重要的。 特别声明: 1:资料来源于互联网，版权归属原作者 2:资料内容属于网络意见，与本账号立场无关 3:如有侵权，请告知，立即删除。