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                    什么是基因?基因的前世今生

                    作者:雙螺旋科技有限公司 瀏覽: 發表時間:2020-06-30 09:59:12

                    俗話說“龍生龍,鳳生鳳,老鼠的兒子會打洞”,為什么龍能生龍,而生不出竹馬牛羊,這是因為龍的體內有一份藍圖,有一張菜譜,憑借這張藍圖就能打造出龍的樣子,憑借這張菜譜就能傳承出龍的味道,這份藍圖,這張菜譜就是基因。

                    不懂基因是什么?一篇文章帶你看懂基因的前世今生

                    遺傳

                    那么這張藍圖或者這張菜譜到底是什么呢?

                    讓我們一起撥開歷史的迷霧,穿越時間和空間的限制,來看看我們是如何一步步找到這張描繪我們自身信息的藏寶圖的。

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                    藏寶圖

                    很久之前我們就發現老子英雄兒好漢,孩子總有地方長得像父母。凡事要刨根問底,我們體內有五臟六腑,再往小了講,有各種細胞,再往小說有各類分子,這些東西我們早就知道了,但是藏寶圖到底在哪里?到底長什么樣子呢?

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                    王祖藍的復制黏貼

                    時間回到1854年,這一年是清咸豐4年,第一次鴉片戰爭已經結束,第二次鴉片戰爭尚未開始,這一年奧地利帝國的一個小伙子孟德爾對豌豆的遺傳產生了濃厚的興趣,他作為上帝的信徒,開始在修道院的后花園做起了試驗。開始研究黃豌豆和綠豌豆雜交應該出現什么豌豆,高個子豌豆和矮個子豌豆的結合后代是什么樣子,光滑的豌豆和鄒巴巴的豌豆的結晶應該是光滑還是皺巴巴等問題,最后統計不同后代的性狀(顏色,高矮等),得出結論:生物的性狀是由遺傳因子決定的,并且這種遺傳因子是成對出現的,具體說來,成對的遺傳因子有一個話語權更大,比如說遺傳因子A控制高個子,a控制矮個子,那么只有在A遺傳因子不存在的條件下,也就是aa的情況下個體才會長得矮。

                    雖然孟德爾通過觀察和統計學方法得出了成對遺傳因子的結論,但是遺傳因子畢竟只是個邏輯的產物,他并不知道遺傳因子是個啥。遺傳因子在哪里,遺傳因子又長什么樣子都是未知數。

                    1882年,德國生物學家弗來明發現動物細胞內的染色體,并且發現染色體在細胞有絲分裂的不同時期呈現不同的狀態(下圖為有絲分裂過程)。次年,比利時的生物學家范·貝爾登發現了生殖細胞在分裂的過程中染色體的數目減少一半,而在受精后又恢復正常。那么問題來了,染色體似乎和遺傳有關系,但是這和孟德爾發現的基因又有什么關系呢?染色體會不會就是基因呢?但是顯然是不對的,人體性狀有那么多,高的,矮的,胖的,瘦的,單眼皮,黃皮膚等等等等,但是染色體只有23對,所以不可能。

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                    暗綠色為細胞,紅色的為染色體,亮綠色是紡錘絲

                    1903年,薩頓提出的染色體遺傳理論,我們終于認識到染色體是基因的載體,基因就位于染色體上,那么基因在染色體上是怎么擺放的呢?

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                    人體內染色體,左為雄性,又為雌性

                    1909年,也就是慈禧太后歸天的第二年,遺傳學歷史上另一位大佬摩爾根以果蠅為實驗對象,以顯微鏡觀察和統計學的計算方法,最終判定基因就在染色體上,并且以直線排列,除此之外他還探明了基因的一系列遺傳變異規律(如連鎖互換等)。孟德爾和摩爾根的發現合稱遺傳學三大定律。這個時期我們對基因的認知仍然有局限性,當時認為基因是染色體上重組,突變的最小單位,不可再分割。

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                    黑色為染色體模式圖,每一個白色的的線為基因,基因在染色體上線性排列

                    目前為止,藏寶圖的位置更近了一步,藏寶圖就位于染色體上,但是染色體上有核酸,有蛋白質,有糖類等,究竟哪一個才是藏寶圖呢?

                    1930年到1950年之間,科學家設計了一系列實驗來探索上面提到的三種物質哪種才是真正藏寶圖使用的材料。格里菲斯的肺炎雙球菌試驗和赫爾希等的噬菌體感染細菌試驗都非常巧妙的證明核酸才是生物遺傳所必須的材料,缺少了核酸生物的性狀就不能傳給下一代。

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                    肺炎雙球菌轉化試驗

                    但是核酸究竟是何許人也,長什么樣子能有這么大的本事,能保證人的性狀準確無誤的傳給下一代而不出錯呢?

                    時間來到1953年,這一年,年輕的沃森和克里克在國際權威期刊發表了僅僅兩頁的論文,揭示了脫氧核糖核酸DNA的雙螺旋結構,至此,我們終于找到了藏寶圖,從此遺傳學的研究進入了分子階段。

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                    DNA雙螺旋結構

                    1957年,本澤爾以T4噬菌體為材料,在DNA分子水平上研究基因內部的精細結構,提出了順反子概念。順反子是1個遺傳功能單位,1個順反子決定1條多肽鏈。能產生1條多肽鏈的是1個順反子,順反子也就是基因的同義詞。這時候我們才了解基因不是突變的最小單位,重組也不是最小單位,突變擦拭基因的最小單位,也就是我們現在所熟知的堿基。

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                    某基因序列

                    至此,歷經100多年,幾代科學家不斷學習不斷積累,我們終于在細胞的深處找到了藏寶圖所在的位置,也看到了藏寶圖的內容,不過這內容猶如二進制代碼是一堆01的組合一樣,藏寶圖里只有ATCG四中字符(如上圖),怎么解開其中的奧妙又是另一個個精彩的故事了,直到今日,盡管人類基因組計劃已經完成將近20年了,基因測序的成本也越來越低,但是這份藏寶圖還有太多的內容是我們不知道的。

                    最后讓我們站在細胞的角度,來欣賞下這幅藏寶圖在細胞中位置示意圖。

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                    從細胞到DNA

                    本文參加#科學V計劃# #科學有真相#,內容為作者原創

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