遗传学习题答案_基因概念的发展[1]

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1、基因概念的发展1、孟德尔的遗传因子1909 年，W.L.Johannsen 提出 gene 一词2、1910 年，摩尔根证明基因位于染色体上3、1928 年 Griffith 1944 年 Avery 证明 DNA 是遗传物质4、watson,crick DNA double helix 5、crick 中心法则 三联体密码，1957 S.Benzer 顺反子6、1961 F.Jacob,J.Monod 操纵子7、B.McClintock 转座子8、断裂基因 1978 年 噬菌体重叠基因回答：基因(gene)是遗传学家约翰逊(W.Johannsen)在 1909 年提出来的。他用基因这一名词来

2、表示遗传的独立单位,相当于孟德尔在豌豆试验中提出的遗传因子。在遗传学发展的早期阶段,基因仅仅是 1 个逻辑推理的概念,而不是一种已经证实了的物质和结构。由于科学研究水平的不断提高,从浅入深,由宏观到微观,基因的概念也在不断的修正和发展。从遗传学史的角度看,基因概念大致分以下几个阶段:孟德尔的遗传因子阶段;摩尔根的基因阶段;顺反子阶段和现代基因阶段。1孟德尔的遗传因子阶段19 世纪 60 年代初,孟德尔对具有不同形态的豌豆作杂交实验,在解释实验中每种性状的遗传行为时,用 A 代表红花,a 代表白花,表明生物的某种性状是由遗传因子负责传递的,遗传下来的不是具体的性状,而是遗传因子。遗传因子是颗粒性

3、的,在体细胞内成双存在,在生殖细胞内成单存在。孟德尔所说的“遗传因子” 是代表决定某个性状遗传的抽象符号。孟德尔在阐明遗传因子在世代中传递规律时,就已经认识到了基因的两个基本属性:基因是世代相传的,基因是决定遗传性表达的。现在所说的“基因是生物体传递遗传信息和表达遗传信息的基本物质单位”, 实际上就是孟德尔所阐明的基因观。2摩尔根的基因阶段1909 年,丹麦遗传学家约翰逊创造了“基因” 这一术语,用来表达孟德尔的遗传因子,但还只是提出了遗传因子的符号,没有提出基因的物质概念。摩尔根对果蝇的研究结果表明,1 条染色体上有很多基因,一些性状的遗传行为之所以不符合孟德尔的独立分配定律,就是因为代表这

4、些性状的基因位于同一条染色体上,彼此连锁而不易分离。这样,代表特定性状的特定基因与某一条特定染色体上的特定位置联系起来。基因不再是抽象的符号,而是在染色体上占有一定空间的实体,从而赋予基因以物质的内涵。3顺反子阶段 早期的基因概念是把基因作为决定性状的最小单位、突变的最小单位和重组的最小单位,后来,这种“三位一体” 的概念不断受到新发现的挑战。20 世纪 50 年代以后,随着分子遗传学的发展,1953 年在沃森和克里克提出 DNA 的双螺旋结构以后,人们普遍认为基因是 DNA 的片段,确定了基因的化学本质。1957 年,本泽尔(SeymourBenzer)以 T4 噬菌体为材料,在DNA 分子

5、水平上研究基因内部的精细结构,提出了顺反子(cistron)概念。顺反子是 1 个遗传功能单位,1 个顺反子决定 1 条多肽链。能产生 1 条多肽链的是 1 个顺反子,顺反子也就是基因的同义词。1 个顺反子可以包含一系列突变单位突变子。突变子是 DNA 中构成 1 个或若干个核苷酸。由于基因内的各个突变子之间有一定距离,所以彼此之间能发生重组,重组频率与突变子之间的距离成正比。重组子代表 1 个空间单位,有起点和终点,可以是若干个密码子的重组,也可以是单个核苷酸的互换。如果是后者,重组子也就是突变子。4现代基因阶段4.1操纵子（1961 F.Jacob,J.Monod 操纵子）从分子水平来看,

6、基因就是DNA 分子上的一个个片段,经过转录和翻译能合成 1 条完整的多肽链。可是,通过近年来的研究,认为这个结论并不全面,因为有些基因,如 rRNA 和 tRNA 基因只有转录功能而没有翻译功能。另外,还有一类基因,其本身并不进行转录,但可以对邻近的结构基因的表达起控制作用,如启动基因和操纵基因。从功能上讲,能编码多肽链的基因称为结构基因;启动基因、操纵基因和编码阻遏蛋白、激活蛋白的调节基因属于调控基因。操纵基因与其控制下的一系列结构基因组成 1个功能单位,称为操纵子。4.2移动基因移动基因指 DNA 能在有机体的染色体组内从 1 个地方跳到另一个地方,它们能从 1 个位点切除,然后插入同一

7、或不同染色体上的另一个位置。移动基因机构简单,由几个促进移位的基因组成。基因的跳动能够产生突变和染色体重排,进而影响其他基因的表达。业已证明,相当一部分已知的自发突变是移动基因所致,而且,移动基因不仅能在个体的染色体组内移动,并能在个体间甚至种间移动,因此是 1 个重要的进化因素。移动基因的发现动摇了基因在染色体上有一固定位置的传统观念。巴 巴 拉 麦 克 林 托 克 （ Barbara McClintock， 1902-1992） 是 20 世 纪 具 有传 奇 般 经 历 的 女 科 学 家 ， 她 在 玉 米 中 发 现 了 “会 跳 舞 ”的 基 因 。 基 因 在 染 色 体 上 作

8、 线 性 排 列 ， 基 因 与 基 因 之 间 的 距 离 非 常 稳 定 。 常 规 的交 换 和 重 组 只 发 生 在 等 位 基 因 之 间 ， 并 不 扰 乱 这 种 距 离 。 在 显 微 镜 下 可 见 的 、发 生 频 率 非 常 稀 少 的 染 色 体 倒 位 和 相 互 易 位 等 畸 变 才 会 改 变 基 因 的 位 置 。 可是 ， 麦 克 林 托 克 这 位 女 遗 传 学 家 ， 竟 然 发 现 单 个 的 基 因 会 跳 起 舞 来 ： 从 染 色体 的 一 个 位 置 跳 到 另 一 个 位 置 ， 甚 至 从 一 条 染 色 体 跳 到 另 一 条 染 色

9、 体 上 。 麦克 林 托 克 称 这 种 能 跳 动 的 基 因 为 “转 座 因 子 ”（ 目 前 通 称 “转 座 子 ”，transposon） 。 麦 克 林 托 克 理 论 的 影 响 是 非 常 深 远 的 ， 她 发 现 能 跳 动 的 控 制 因 子 ， 可 以调 控 玉 米 籽 粒 颜 色 基 因 的 活 动 ， 这 是 生 物 学 史 上 首 次 提 出 的 基 因 调 控 模 型 ，对 后 来 莫 诺 和 雅 可 布 等 提 出 操 纵 子 学 说 提 供 了 启 发 。 转 座 因 子 的 跳 动 麦 克 林 托 克 和 她 毕 生 的 研 究 对 象 -玉 米 和

10、作 用 控 制 着 结 构 基 因 的 活 动 ，造 成 不 同 的 细 胞 内 基 因 活 性 状 态 的 差 异 ， 有 可 能 为 发 育 和 分 化 研 究 提 供 新 线索 ， 说 不 定 癌 细 胞 的 产 生 也 与 转 座 因 子 有 关 。 转 座 因 子 能 够 从 一 段 染 色 体 中跑 出 来 ， 再 嵌 入 到 另 一 段 染 色 体 中 去 ， 现 代 的 DNA 重 组 和 基 因 工 程 技 术 也从 这 里 得 到 过 启 发 。 转 座 子 的 确 是 在 内 切 酶 的 作 用 下 ， 从 一 段 染 色 体 上 被 切下 来 ， 然 后 在 连 接 酶

11、 的 作 用 下 再 嵌 入 到 另 一 切 口 中 去 的 。4.3断裂基因过去人们一直认为,基因的遗传密码子是连续不断地并列在一起,形成 1 条没有间隔的完整基因实体。但后来通过对真核蛋白质编码基因结构的分析发现,在它们的核苷酸序列中间插入有与编码无关的 DNA 间隔区,使 1 个基因分隔成不连续的若干区段。这种编码序列不连续的间断基因被称为断裂基因。不连续的断裂基因的表达程序是:先转录为初级转录物,即核内不均一 RNA,又叫前体 RNA;然后经过删除和连接 ,除去无关的 DNA间隔序列的转录物,便形成了成熟的 mRNA 分子,它从细胞核中输送到细胞质,再转译为相应的多肽链。4.4假基因1

12、977 年,G.Jacp 根据对非洲爪蟾 5SrRNA 基因簇的研究,提出了假基因的概念,现已在大多数真核生物中发现了假基因。这是一种核苷酸序列同其相应的正常功能基因基本相同,但却不能合成出功能蛋白质的失活基因。4.5重叠基因长期以来,在人们的观念中一直认为同一段 DNA 序列内,是不可能存在重叠的读码结构的。但是,随着 DNA 核苷酸序列测定技术的发展,人们已经在一些噬菌体和动物病毒中发现,不同基因的核苷酸序列有时是可以共用的。也就是说,它们的核苷酸序列是彼此重叠的,这样的 2 个基因被称为重叠基因。它修正了关于各个基因的多核苷酸链是彼此分立、互不重叠的传统观念。由此可见,随着生物科学的不断

13、发展,人们对基因概念的理解也不断深入。在世界科学技术日新月异的今天,生物科学将会有更多新的突破性进展,基因的概念不可避免的将会被赋予新的内容。启动基因启 动 基 因 P， 位 于 操 纵 基 因 的 附 近 ， 它 的 作 用 是 发 出 信 号 ， mRNA 合 成 开始 ， 该 基 因 也 不 能 转 录 成 mRNA。 大 肠 杆 菌 乳 糖 操 纵 子 包 括 4 类 基 因 ： 结 构 基 因 ， 能 通 过 转 录 、 翻 译使 细 胞 产 生 一 定 的 酶 系 统 和 结 构 蛋 白 ， 这 是 与 生 物 性 状 的 发 育 和 表 型 直 接 相关 的 基 因 。 乳 糖

14、操 纵 子 包 含 3 个 结 构 基 因 ： lacZ、 lacY、 lacA。 LacZ 合 成 半 乳 糖 苷 酶 ， lacY 合 成 透 过 酶 ， lacA 合 成 乙 酰 基 转 移 酶 。 操 纵 基 因O， 控 制 结 构 基 因 的 转 录 速 度 ， 位 于 结 构 基 因 的 附 近 ， 本 身 不 能 转 录 成mRNA。 启 动 基 因 P， 位 于 操 纵 基 因 的 附 近 ， 它 的 作 用 是 发 出 信 号 ， mRNA合 成 开 始 ， 该 基 因 也 不 能 转 录 成 mRNA。 调 节 基 因 i： 可 调 节 操 纵 基 因 的活 动 ， 调 节 基 因 能 转 录 出 mRNA， 并 合 成 一 种 蛋 白 ， 称 阻 遏 蛋 白 。 操 纵 基 因 、启 动 基 因 和 结 构 基 因 共 同 组 成 一 个 单 位 操 纵 子 （ operon） 。 操 纵 子 只包 括 前 三 类 基 因 ， 调 节 基 因 与 操 纵 子 相 关 。