点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:【诺奖中的“基因”】“一基因一酶”的前世今生
首页> 科普频道> 三农科普> 基因故事 > 正文

【诺奖中的“基因”】“一基因一酶”的前世今生

来源:光明网2020-08-27 13:45

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  【诺奖中的“基因”】

  随着科技的日益发展,人们对基因的理解越来越深刻,“基因”一词也广泛进入到人们的日常生活当中。然而,将时钟往回拨100多年,当时的人们并不知晓基因的存在。直到19世纪60年代,遗传学家孟德尔通过著名的豌豆杂交实验,提出了生物的性状是由遗传因子控制的观点,但这仅仅存在于逻辑推理之中。20世纪初,遗传学家摩尔根通过果蝇的遗传实验,认识到基因呈线性排列于染色体上。但是基因是如何发挥功能的,一直没有定论。1941年,美国科学家乔治•威尔斯•比德尔(George Wells Beadle)提出了“一基因一酶”假说,该理论认为每个基因直接产生一种酶来影响新陈代谢过程中的一个步骤,从而帮助研究人员将基因定性为化学分子,并确定这些分子的功能。基于上述理论基础,后续围绕基因的相关研究呈现“井喷”式的发展。比如,围绕各种基因的功能开展的研究。因此,乔治•威尔斯•比德尔和爱德华·劳里·塔特姆(Tatum Edward Lawrie,与比德尔共同提出“一基因一酶”假说)共同获得了1958年的诺贝尔生理学或医学奖。

【诺奖中的“基因”】“一基因一酶”的前世今生

  虽然距这一理论提出已经过去了80余年,但他的这一项“里程碑”式的发现对生物科学的发展具有重要奠基作用。今天,让我们一起坐上“时空穿梭机”,回到当时,一起走近这位伟大的科学家,回顾他是如何提出“一基因一酶”假说,并且得到诺贝尔评委的青睐,获选1958年诺贝尔奖的这一过程。

  早期教育和研究

  比德尔1903年出生于内布拉斯加州瓦湖,父母是农场主。1907年,比德尔4岁时,母亲过世,之后,他在父亲和管家的庇护下长大。在三个子女中,父亲对比德尔尤其喜爱,一度想让他子承父业,继承家里的农场。然而,比德尔从小就对生物学尤其感兴趣,高中时,科学老师鼓励他考入大学继续深造。

  随后,比德尔不负众望,成功被内布拉斯加州大学农学院录取。毕业后,他选择继续攻读草类生态学的硕士学位,并在硕士期间对遗传学产生了浓厚的兴趣。1927年,他申请进入康奈尔大学攻读博士研究生,在大名鼎鼎的科学家艾默生的实验室研究玉米遗传,并且和芭芭拉▪麦克林托克(Barbara McClintock,1983年诺贝尔生理学和医学奖)共同学习。4年后,取得博士学位的比德尔又加入了遗传学大师摩根新成立的生物研究所开展博士后研究。这时的比德尔采用的研究模型是当时遗传学研究“明星”-----果蝇,并且也取得了不错的研究成果。

  比德尔天资聪颖,加上刻苦的学习和优秀的教育经历,让他成为一名优秀的科研工作者。此外,比德尔动手能力极强,他待过的实验室里面都会有一些他自制的实验仪器。总而言之,这些教育经历让他掌握了深厚的遗传学技术和相关知识,为后续的“诺贝尔奖研究”埋下了伏笔。

  “一基因一酶”的发现

  比德尔在研究果蝇时,发现果蝇不同的眼色可能是由于基因调控引起的。随后,他发表论文表示:基因会制造不同的色素使果蝇有不同的眼色,而基因突变会扰乱这一过程。这样的研究结果隐含了“一基因一酶”的假说。然而,苦于没有直接证据,他只能在发表的论文中暗示生物体存在“一基因一酶”的可能性。

【诺奖中的“基因”】“一基因一酶”的前世今生

被广泛应用于遗传研究的粉红面包霉

  1937年,比德尔与斯坦福大学的爱德华·劳里·塔特姆展开合作,分离并且确定了可以影响果蝇眼色的物质,但是其他的研究小组比他们抢先一步发现并发表了研究成果(可见科研竞争之激烈)。比德尔并没有气馁,他和塔特姆经过深度讨论后决定更换遗传系统更为简单的实验材料研究基因的作用。经过近3年的寻找和尝试,1940年,他们正式将果蝇实验室改成粉色面包霉菌实验室。他们设计了一套缜密的研究方案,包括:先用X射线照射面包霉菌,产生突变体,然后在含有氨基酸、维生素和其他有机物质的完整培养基上萌发面包霉菌的孢子,然后将萌发的孢子转移至缺少某些营养物质的培养基上,向其中加入特定的化学物质,来检验缺乏的是哪种营养物质,从而确定基因编码与酶之间的关系。即便如此,他们仍然不确定试验设计是否可行。他和塔图姆约定,进行5000株菌的测试,如果全部失败,他们就放弃这个实验。幸运的是,当他们测试到299株时,他们的实验成功了。

  随后,他们进一步重复验证了实验结果,并且整理好数据,于1941年将研究成果发表于著名的《美国科学院院刊》。虽然从确定研究对象到发现和获得明确结论只花了1年时间,这种“幸运”的背后其实是长年的积累和坚持。

  “一基因一酶”错了吗?

  后来,随着人类对基因的进一步深入了解,“一基因一酶”假说发展成更为精确的“一基因一多肽”假说。1966年,罗伯特·霍利、哈尔·柯拉纳和马歇尔·尼伦伯格等科学家利用基因生产了相应顺序的蛋白质,破译了基因编码20种氨基酸的遗传密码。随后,科学家们发现所有生物都使用一样的遗传密码,从而为后续的基因工程提供了理论基础。至此,生物的基因信息变得尤其重要,1985年,美国科学家率先提出“人类基因组计划”,经过10多年的努力,2001年,包含人体约2.5万个基因的人类基因组工作草图发表。

【诺奖中的“基因”】“一基因一酶”的前世今生

根据人类体细胞所拥有的染色体而绘制的“染色体组型图”

  此时,有人质疑比德尔“一基因一酶”假说的真实性。因为,按照图谱,人类有大约2.5万个基因。但是实际上人类体内的蛋白质远超过2.5万个。“一基因一酶”错了吗?其实不然,该假说揭示的是基因发挥作用的机制,明确了基因是通过其编码的产物---酶或者蛋白质发挥功能。该假说的提出是遗传学发展史上的重要转折点,开拓了生化和分子遗传学等新领域,比德尔可以当之无愧地被誉为现代生物技术的奠基人。

  出品:科普中国

  作者:徐乐天(湖北大学生命科学学院副教授)

  监制:中国农学会 光明网科普事业部

【诺奖中的“基因”】“一基因一酶”的前世今生

[ 责编:赵清建 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 河北卢龙:特色农业助力乡村振兴

  • 贵州罗甸:做热“亲水”夏日品牌 促全域旅游发展

独家策划

推荐阅读
广东珠海以南海域,一座银灰色的三角形装置随波起伏。这里是我国自主研发的全球首台兆瓦级漂浮式波浪能发电装置“南鲲号”,日均发电量可达1万千瓦时,能满足约1500户家庭一天的用电需求。
2025-08-13 10:02
研究发现,在1950年至2020年间,极端高温的加剧导致热带地区陆栖鸟类的丰度下降了25%至38%。研究人员以地球生命力数据库中的全球陆栖鸟类种群数据作为研究起点,未包括水鸟和海鸟。
2025-08-13 10:01
中性原子体系因优异的扩展性、高保真度量子门、高并行性和任意的连接性,成为极具潜力的量子计算和量子模拟平台。审稿人高度评价这项研究工作,认为这一工作是原子相关量子物理领域在计算效率和实验可行性方面的一次重大飞跃。
2025-08-13 10:01
“植物如何整合复杂环境信号是深入理解植物生存智慧的关键,也是创制兼具养分高效利用与逆境抗性的未来作物新品种的理论基础。储成才团队相信,随着研究的深入,未来会有更多基于植物“生存智慧”的作物新品种出现,让农业更高效、更环保。
2025-08-13 10:01
8月12日是世界大象日。记者从国家林业和草原局亚洲象研究中心了解到,从最新一线监测数据看,我国野生亚洲象象群交流频繁、种群结构稳定、生育率稳步提升、
2025-08-13 03:45
团队需要从头开始,设计一款“更适合日本”的机器人:体形小巧,穿行灵活,语音系统换成日语,屏幕上的动画表情还能变换。擎朗智能目前在日本已经设立200多个技术支持点,确保常规故障能在2小时内响应,24小时内修复。
2025-08-12 10:06
夏季天气炎热,很多人喜欢去游泳馆游泳。“游泳可以提高心肺耐力和身体柔韧性,改善体脂率,因此受到越来越多人的喜爱。”潘力军说,游泳如果不注意卫生,可能感染红眼病、中耳炎和胃肠道疾病,建议做好如下防护措施:  游泳前,注意自身的健康状况。
2025-08-12 10:03
近日,随着最后一笔数据在青藏高原上录入系统,三江源国家公园正式完成自然资源确权登记。2019年,《关于统筹推进自然资源资产产权制度改革的指导意见》与《关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见》相继出台,“依法确权”成为基石。
2025-08-12 10:02
一般认为,宇宙中的每个星系中心都有一个超大质量黑洞,而更大的星系则拥有更大的黑洞,即超巨型黑洞。Collett表示,恒星运动学被视为黑洞质量测量的“金标准”,引力透镜效应则可以帮助团队“探测到更遥远的宇宙”。
2025-08-12 10:01
中国科学院大连化学物理研究所研究员杨维慎、彭媛团队开发了一种便捷的触发式界面反应策略,实现了二维金属-有机框架膜(MOF膜)的快速制备及高效气体分离。该研究为面向应用的MOF纳米片和超薄二维MOF膜的定制化制备提供了新思路,可满足不同应用场景下的高性能分离需求。
2025-08-12 10:00
中国科学院上海天文台科研人员最近在引力波天文学领域取得了突破性发现:双黑洞并合事件可能发生在第三个致密天体的“眼皮子底下”。
2025-08-11 09:56
日前从安徽省林业局获悉,安徽扬子鳄野外种群数量创历史新高。监测数据显示,截至2025年7月20日,扬子鳄国家级自然保护区扬子鳄产卵超3800枚,扬子鳄野外种群数量超1920条。
2025-08-11 09:53
近年来,我们团队聚焦海洋多场环境耦合机制、多体结构相互作用、多尺度耦合效应等难题,开展深度产学研用合作,研发多款海工装备。
2025-08-11 09:45
在医学和生物技术领域,实现蛋白质定向进化,使其具有新功能或改进功能至关重要。为此,美国斯克利普斯研究所的科学家开发了一个可以加速蛋白质进化的合成生物学平台T7-ORACLE。
2025-08-11 09:43
近日,科学信息分析公司爱思唯尔与香港浸会大学联合发布《传承与创新:解码中医药科学发展轨迹》报告。
2025-08-11 09:41
实验室是科技创新的重要摇篮,但里边有不少危险而又昂贵的设备,可能对科研工作者人身和财产安全造成威胁。如何织密安全防护网?
2025-08-08 10:25
中国科学技术大学俞书宏院士团队成功开发出一种可闭环生物回收的纤维素基介电薄膜,能够提高电子器件的循环利用率,从而减少电子废弃物。
2025-08-08 10:16
日前,济南量子技术研究院团队与深圳国际量子研究院团队合作,在可见光集成光学领域取得重要进展:成功研制出一套新型可见光矢量光谱分析仪。
2025-08-08 10:12
中国林科院林业所林木细胞遗传研究组近日提出了研究裸子植物生长停滞可塑性的独特模型。这一成果填补了人们对裸子植物发育可塑性认识的空白。
2025-08-08 10:11
8月6日,揽月月面着陆器着陆起飞综合验证试验在位于河北省怀来县的地外天体着陆试验场圆满完成,此次试验是我国首次进行载人航天器地外天体着陆起飞试验。
2025-08-08 10:09
加载更多