基因的概念及其发展研究

基因的概念及其发展研究

摘要：

基因是DNA(脱氧核糖核酸)分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片段。基因位于染体上，并在染体上呈线性排列。基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代，还可以使遗传信息得到表达。不同人种之间头发、肤、眼睛、鼻子等不同，是基因差异所致。人类只有一个基因组，大约有3万个基因。人类基因组计划是美国科学家于1985年率先提出的，旨在阐明人类基因组30亿个碱基对的序列，发现所有人类基因并搞清其在染体上的位置，破译人类全部遗传信息，使人类第一次在分子水平上全面地认识自我。

本文介绍基因的概念以及其发展，人类对基因不段研究，从而更深入的了解基因，了解基因的发展，从而能够更好的利用有关基因方面的知识。

Abstract：

Genes are DNA (deoxyribonucleic acid) molecule has a nucleotide

sequence-specific genetic effects, collectively, is a genetic effect of the

DNA molecule fragments. Gene located on chromosome, and arranged

in a linear chromosome. Gene not only by copying the genetic information

passed to the next generation, so that genetic information can also be

expressed. Between different ethnic hair, skin, eyes, nose, and so

different, is due to genetic differences. There is only one human genome,

about 30,000 genes. Human Genome Project is the first American

scientists in 1985 proposed to clarify the human genome's 3 billion base

pairs of sequence, that all human genes and find out their location on the

chromosome, to decipher all human genetic information to make the first

human A comprehensive manner at the molecular level understanding of

themselves.

This paper introduces the concept of genes and their development, not

of human gene research to better understanding of genes, understanding

the development of genes, allowing better use of knowledge about genes.

1.基因概念

基因是原核、真核生物以及病毒的DNA和RNA分子中具有遗传效应的核苷酸序列，是遗传的基本单位和突变单位以及控制性状的功能单位。基因包括了编码蛋白质和tRNA、rRNA的结构基因，以及具有调节控制作用的调节基因。基因可以通过复制、转录和决定翻译蛋白质的生物合成，以及不同水平的调控机制，实现对遗传性状发育的控制。基因还可以发生突变和重组，导致产生有利、中性、有害或致死的变异。

基因是由核酸构成，除了少数的RNA病毒外，几乎所有生物的基因都是一个特定的DNA片段。但并非任何一段DNA或RNA都是基因，基因是有一定组织结构的DNA或RNA。遗传学在研究方法上，自始至终着眼于对基因本质的研究，可以说，遗传学的发展史，贯穿着人们对基因认识的不断深化过程。

基因的现代概念：一个基因在染体上是一个编码的座位，是一个携带从上代到下代遗传信息的物质单位和功能单位，一个基因由启动子RNA编码区和终止子组成。

2、基因概念的发展

2.1.遗传“因子”。基因的最初概念来自Mondel的遗传“因子”；1909年，

丹麦学者Johannsen提出“基因”（gene）一词，代替了Mondel的遗传因子，并由此形成了“颗粒遗传”学说。

2.2.染体是基因的载体。1903年，萨顿和鲍维里认为遗传因子的行为与减数分裂和受精中染体的行为非常吻合，因此认为基因可能位于染体上，这只是一个

推测，后来被摩尔根证实。1910年，摩尔根以果蝇为实验材料，发现白眼性状总是和雄性相联系，证明控制果蝇眼睛颜的基因位于X染体上，这是人们第一次把某一基因与某一特定染体联系起来，从而把基因落到了实处。他也发现了伴性遗传，提出了遗传学中第三大定律即连锁互换定律。1926年，摩尔根发表《基因论》，指出基因确实位于染体上,并呈直线排列。基因是决定性状的功能单位，能产生一定的表

型效应；基因是结构单位，交换只能发生在基因之间，而不能发生在基因之中；基因是突变单位，可从一个等位形式变为另一等位形式，但基因内部没有可改变的最小单位。这就是“三位一体”的基因概念。

是遗传物质。1928年Griffith首先发现肺炎球菌的转化作用，为确定遗传物质的化学性质的研究开辟了道路。1944年，Avery等用生化实验方法证明了转化因子是DNA，而不是蛋白质，DNA就是遗传物质。染体主要由蛋白质和DNA组成。决定生物性状的基因是DNA还是蛋白质这一关键问题在1944年得到解决。通过肺炎双球菌的转化实验，Avery证明DNA是遗传物质。这是首次实验证明了基因的本质。1956年，康兰特分别提取出烟草花叶病毒的蛋白质和DNA，分别涂抹在健康的烟草叶子上，结果只有涂抹RNA的叶片得病，而涂抹蛋白质的叶片不得病，证明在不具有DNA的病毒中，RNA是遗传物质。这些RNA病毒能以自身为模板在RNA复制酶的作用下进行复制。因此在少数生物中RNA是遗传物质，多数生物中DNA是遗传物质。

2.4.基因是有功能的DNA片段。20世纪40年代，Beadle和Tatum通过对粗糙脉孢霉营养缺陷型的研究，提出了“一个基因一个酶”假说，认为基因是通过对酶的控制来决定生物性状的。

1955年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型，明确了DNA在活

体内的复制方式。

1957年，Crick提出遗传信息在细胞内的生物大分子之间转移的“中心法则”。接着在1961年又提出“三联遗传密码”，为揭示基因的本质奠定了分子基础。

1957年Benzer利用大肠杆菌T4噬菌体研究了基因内部的精

细结构，证明基因内部许多位点之间可以发生突变和重组，提出了顺反子概念，改变了传统的“三位一体”的基因概念。

2.5.操纵子模型。1961年，法国分子生物学家Jacob和Monod提出了乳糖操纵子模型学说，阐明了基因调控在乳糖利用中所起的作用。

3.基因近代概念的发展

3.1断裂基因

原核生物中编码蛋白质的基因序列是连续而不中断的，这与真核生物不同。断裂基因是在20世纪70年代提出的。把鸡的卵清蛋白基因mRNA反转录生成cDNA，然后与该基因杂交，发现该基因的单链DNA比cDNA长，在互补的区段外单链DNA生成多个环状图像。成环的DNA区段就是基因中的非编码序列，叫做内含子，而把出现在成熟RNA中的有效区段称为外显子。这种能表达的外显子被不能表达的内含子隔开的基因就称为断裂基因。这在真核生物中是一种普遍现象。断裂基因的发现使人们对基因结构的认识产生了质的飞跃。

3.2重叠基因

在传统的基因概念中，人们认为基因在染体上排列时是一个接一个线性排列的。但1973年维纳首先发现了基因有重叠现象。基因重叠有两种形式，其一是一个基因的密码子被完全包含在另一个基因中，形成大基因套小基因，其二是两个基因共用一部分核苷酸。目前已在细菌、噬菌体、病毒等低等生物和人类等少数高等生物中发现重叠基因。

3.3跳跃基因

基因绝大多数是固定在染体的一个位置上，但有些基因在染体上的位置是可以移动的，这类基因称为跳跃基因。1950年麦克林托克在玉米染体组中发现1个激体———解离系统，它们在染体上的位置不固定，

可以从一个位点跳到另一个位点，甚至从一条染体跳到另一条染体上。后来人们在果蝇、酵母、大肠杆菌中都发现了跳跃基因的

存在。

3.4管家基因和奢侈基因

基因组中的基因可分为两类：管家基因和奢侈基因。管家基因是在所有的细胞中都处于活动状态，在任何时间都能进行表达，用以维持细胞的基本生命活动。奢侈基因只在特定细胞中进行表达，合成组织特异性蛋白，影响细胞的特异性状，决定细胞的分化。奢侈基因在特定组织中保持非甲基化或低甲基化状态，而在其他组织中呈甲基化状态。细胞分化主要是奢侈基因中某些特定基因有选择地表达的结果。

3.5假基因

1977年发现假基因。假基因是没有功能的基因。其基因序列和正常有功能基因相似，但由于基因突变而失去了生物学功能。在动物，植物和微生物中都发现了假基因。一般认为假基因是由mRNA反转录成cDNA，然后整合在基因组中形成的。随着科学技术的进步，人们对基因的认识会逐渐丰富，基因的概念也必定赋有新的内容，人们也将更准确更全面地揭示生物遗传和变异的规律。

4.基因的研究

发展阶段：在20世纪50年代以前，主要从细胞的染体水平进行研究，属于基因的染体遗传学阶段；20世纪50年代以后，主要从DNA大分子上进行研究，属于基因的分子学阶段；近20年，由于重组DNA技术的完善和应用，人们已经改变从表型到基因型的传统研究基因的途径，而能够直接从克隆目的的基因出发，研究基因的功能及其与表型之间的关系，从而使基因的研究进入反向生物学阶段。

4.基因工程的应用

生产领域

人们可以利用基因技术,生产转基因食品.例如,科学家可以把某种肉猪体内控制肉的生长的基因植入鸡体内,从而让鸡也获得快速增肥的能力.但是,转基因因为有高科技含量, 怕吃了转基因食品中的外源

基因后会改变人的遗传性状，比如吃了转基因猪肉会变得好动，喝了转基因牛奶后易患恋乳症等等。华中农业大学的张启发院士认为：“转基因技术为作物改良提供了新手段，同时也带来了潜在的风险。基因技术本身能够进行精确的分析和评估，从而有效地规避风险。对转基因技术的风险评估应以传统技术为参照。科学规范的管理可为转基因技术的利用提供安全保障。生命科学基础知识的科普和公众教育十分重要。”

军事上

生物武器已经使用了很长的时间.细菌,毒气都令人为之变.但是,现在传说中的基因武器却更加令人胆寒。

环境保护

我们可以针对一些破坏生态平衡的动植物，研制出专门的基因药物,既能高效的杀死它们，又不会对其他生物造成影响，还能节省成本。例如一直危害我国淡水区域的水葫芦，如果有一种基因产品能够高效杀灭的话，那每年就可以节省几十亿了。

科学是一把双刃剑，基因工程也不例外。我们要发挥基因工程中能造福人类的部分，抑止它的害处。

医疗方面

基因的最新进展是即将用基因技术于基因。其方法是将特定的DNA用改进的基因技术导入小鼠的肌肉、肝脏、脾、肠道和皮肤获得成功的表达。这一成功预示着人们未来可能利用基因传送药物到人体内的特定部位，以取代传统的接种疫苗，并用基因技术来遗传病。

目前，科学家们正在研究的是胎儿基因疗法。如果现在的实验疗效得到进一步确证的话，就有可能将胎儿基因疗法扩大到其它遗传病，以防止出生患遗传病症的新生儿，从而从根本上提高后代的健康水平。

基因工程药物

基因工程药物，是重组DNA的表达产物。广义的说，凡是在药物生产过程中涉及用基因工程的，都可以成为基因工程药物。在这方面的

研究具有十分诱人的前景。

加快农作物新品种的培育

科学家们在利用基因工程技术改良农作物方面已取得重大进展，一场新的绿革命近在眼前。这场新的绿革命的一个显著特点就是生物技术、农业、食品和医药行业将融合到一起。

本世纪五、六十年代，由于杂交品种推广、化肥使用量增加以及灌溉面积的扩大，农作物产量成倍提高，这就是大家所说的“绿革命”。但一些研究人员认为，这些方法目前已很难再使农作物产量有进一步的大幅度提高。

加快农作物新品种的培育也是第三世界发展中国家发展生物技术的一个共同目标，我国的农业生物技术的研究与应用已经广泛开展，并已取得显著效益。

参考文献：

[1]赵亚华.基础分子生物学教程 科学出版社2006

[2]张玉静.分子遗传学[M].北京:科学出版社,2000.

[3]程红.生命科学导论[M].北京:高等教育出版社,2000

[4].贺竹梅编著 现代遗传学教程 中山大学出版社2002