公元1941年—一基因一酵素假说

史上第一条指出基因功能的线索出现在1902年,英国医生亚契博德.盖罗发现黑尿症 (alkapconuria),这种罕见的家族性遗传疾病和人体缺乏某种酵素冇关。1909年,他推测人体合成特定酵素的能力与遗传有关,人体若无法制造这些酵素,则会导致先天性代谢异常,他的推测也在1952 年被证实。

虽然盖罗的这项生化发现极具价值,然而其中遗传相关的机转却一直为科学界所忽略,直至1930年代,当时的遗传学家相信基因具有多效性(pleiocropic),即一个基因具有多种主要效用。1941年,史丹佛大学的遗传学家乔治.比铎和生化学家爱德华.泰顿以红面包征菌(Neurosporacrassa)为材料,想要知道在彼此分离的生化反应的步骤当中,是台都能发现基因的表现。他们将红面包霉菌暴露在X光下,引发红面包霉菌的突变,对营养的需求因而改变,变得与末经过X光照射的野生行征菌不同。 因为营养需求受限,霉菌必须利用新陈代谢途径合成其他生存所需的物质。比铎和泰顿发现具有突变 的霉菌无法在最低营养条件培养基(minimalgrowth medium)上生长,因为它们无法合成必需胺基酸中 的精胺酸(arginine)。研究人员做出结论,认为突变儆菌体内合成精胺酸的多步骤新陈代谢途径已经有缺陷,缺乏能够合成精胺酸的酵素。

比铎和泰顿认为照射X光而发生突变的霉菌,体内特定基因发生缺陷,导致其无法产生特定的酵素,并提出一基因一酵素假说(onegene­one enzyme hypothesis) : 一个基因只能产生一种特定的酵素。这样的观念在当时广为接受,是生物学的统性观念,也为基因功能点亮一道曙光,导致生化遗传学的兴起,比铎和泰顿也因而

获得1958年诺贝尔奖。后续的发现显示这样的假说过于简化,基因的功能不只局限于产生一种酵素,还包括结构蛋白(如胶原蛋白)和转送RNA(tRNA)。

公元1910年—染色体上的基因

1900年,科学界重新发现门德尔以豌豆为材料进行的遗传实验,而门德尔的发现正是迫传学发展的基础。20世纪初,许多生物学家接受达尔文的演化论,却不愿采纳达尔文的天择说,汤玛士.摩根就是其中之一。1866年,重新发现遗传学的三位科学家之一,荷兰籍的雨果.德.弗里斯在研究月见革(evening primrose)时,发现突变(指生物外型突然改变)的证据。

1907年,哥伦比亚大学的动物学家摩根以果蝇(Drosophilla melanogasrer)为材料,试图解释所谓的突变才是天择的基础,生物演化并不如达尔文所述,是一种渐进的变化过程。他之所以选择果蝇为材料有几个原因:(1)一公升的牛奶瓶就能装进1000只果蝇;(2)果蝇的生殖周期只有12天;(3) 雌雄果蝇容易分辨;(4)一有突变马上就能看出来。经过三年的饲养,摩根发现第一只突变果蝇:一只白眼的果蝇。后续的饲养过程中,雌果蝇全为红眼, 雄果蝇全为白眼。

1910年,他提出染色体遗传理论。每一个染色体上都有许多称为基因的遗传单位,基因就像串珠一样, 排列在染色体上。此手炼上的珠子外,有些特征(如黄身或翅膀退化)与性染色体相连。1913年,摩根的学生阿弗雷德.史特曼发现每一个基因在染色体上

都有其相对位置,这项发现也成为找出人类染色体图谱的基石。

基因就是门德尔遗传理论和达尔文演化论之间「失落的环节」而摩根填补这个空隙(1916年,摩根接受达尔文的天择说),因为找出染色体在遗传过程中扮演的角色,摩根成为1933年诺贝尔奖得主。附带一提,追随摩根的学生中,有五人也是诺贝尔奖得主。