四、遺傳的基本知識(shí)
(一)“種瓜得瓜，種豆得豆”的科學(xué)依據(jù)
我國(guó)民間，存在著許多饒有風(fēng)趣的諺語(yǔ)。如“種瓜得瓜，種豆得豆”、“龍生龍，鳳生鳳”等。這些諺語(yǔ)借用自然界的某些現(xiàn)象分別暗喻著某些事物的內(nèi)在聯(lián)系。而從科學(xué)的高度來(lái)看，它們的確也具有一定的科學(xué)依據(jù)，這就是遺傳上的相對(duì)保守性。
所謂“遺傳”，大致說(shuō)來(lái)，就是子代和親代相似的現(xiàn)象。遺傳的主要物質(zhì)基礎(chǔ)為脫氧核糖核酸（DNA)。DNA是由兩條脫氧核苷酸鏈互相纏繞形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)的生物大分子，DNA分子中堿基對(duì)的排列順序就蘊(yùn)藏著遺傳信息。在細(xì)胞分裂之前，DNA的兩條鏈分別作為模板，按堿基互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律各復(fù)制一條新鏈。這樣，親代DNA的一半將在子代DNA中出現(xiàn)，而遺傳信息也就傳給子代細(xì)胞。另一方面，DNA中的一定基因可作為模板，將其信息轉(zhuǎn)錄給信使核糖核酸（mRNA)，而mRNA又作為蛋白質(zhì)合成的模板將信息翻譯成蛋白質(zhì)。按照這種有規(guī)律的傳遞方式，親代DNA分子中蘊(yùn)藏的遺傳信息通過(guò)復(fù)制傳給子代DNA，這就使得通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯表達(dá)成蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)包括生物體內(nèi)的所有結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)和功能蛋白質(zhì)，這就使得子代在形態(tài)構(gòu)造和生理功能上與親代相似。各種生物具有各自不同的遺傳特征。盡管遺傳物質(zhì)都是DNA，但其中的排列組合不同就決定了自然界中各種生物具有不同的特性，“豆”不具有“瓜”的DNA；“瓜”也沒(méi)有“豆”的DNA；它們的子代總是保持自己親代的屬性。這就是上述民諺中蘊(yùn)藏的內(nèi)在科學(xué)依據(jù)。
（二)基因
什么是基因？這并不是幾句話能說(shuō)明的。基因的概念隨著遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展，正在不斷完善中。遺傳學(xué)研究者們很早就提出了“基因”的概念。1865年孟德?tīng)柾ㄟ^(guò)豌豆雜交實(shí)驗(yàn)等一系列研究，認(rèn)為生物體之所以能夠傳代是因?yàn)橛幸环N叫做“基因”的物質(zhì)存在。但那時(shí)對(duì)基因的大小，特性等都一無(wú)所知。40年代，遺傳學(xué)家通過(guò)對(duì)高等動(dòng)、植物的研究，明確提出了基因的基本功能在于決定蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。在經(jīng)典遺傳學(xué)中，認(rèn)為基因是一個(gè)遺傳單位，生殖單位，也是一功能單位。提出了順?lè)醋拥母拍�，并把它作為基因的同義詞。
近年來(lái)，在分子生物學(xué)和生物化學(xué)的研究工作中，進(jìn)一步闡明了基因的本質(zhì)。1943年Avery完成了肺炎球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，有力地說(shuō)明了DNA是轉(zhuǎn)化作用的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨后的許多實(shí)驗(yàn)證據(jù)及基因工程研究的發(fā)展，證實(shí)了核酸就是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)；基因是核酸生物大分子中的功能單位。從某種意義上說(shuō)，研究基因即研究核酸。1953年，沃森（Watson)及格雷克（Crick)發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，從而開(kāi)創(chuàng)了分子遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的新紀(jì)元。這一模型第一次闡明了DNA基因的物理結(jié)構(gòu)及其作為遺傳物質(zhì)的根本特性。隨著遺傳密碼的破譯、蛋白質(zhì)生物合成反應(yīng)機(jī)理的揭示、遺傳中心法則的確立、分子克隆技術(shù)和核苷酸序列測(cè)定技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在人們能準(zhǔn)確地回答基因的本質(zhì)這一問(wèn)題：“基因”就是DNA大分子中的各個(gè)功能片段，基因是生物遺傳信息的攜帶者，通過(guò)復(fù)制，遺傳信息在傳代中保留。
（三)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)
各種生物都能通過(guò)生殖產(chǎn)生子代，子代與親代之間無(wú)論在形態(tài)構(gòu)造或生理功能上都很相似，這種現(xiàn)象叫“遺傳”。
100多年以前，人們就推測(cè)：在生物體內(nèi)有一種物質(zhì)在模擬和控制遺傳現(xiàn)象。這種物質(zhì)被叫做“基因”。經(jīng)過(guò)許多科學(xué)家所做的大量研究工作證實(shí)：一個(gè)人體細(xì)胞的全部遺傳信息都存在于細(xì)胞核內(nèi)長(zhǎng)長(zhǎng)的線狀脫氧核糖核酸（DNA)分子上，組成一個(gè)人體基因組。“基因”就是這種生物大分子中的一個(gè)個(gè)功能片斷。它通過(guò)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯等一系列復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)制造出與親代生物特征相同的子代，從而完成遺傳信息的傳遞。DNA這種生物大分子的基本化學(xué)成份有脫氧核糖、磷酸和堿基。堿基有四種，即腺嘌呤（A)、鳥(niǎo)嘌呤（G)、胞嘧啶（C)、胸腺嘧啶（T)。不同的堿基分別與脫氧核糖和磷酸組成4種脫氧單核苷酸；這4種單核苷酸再按不同的排列以3’、5’一磷酸二酯鍵連接成長(zhǎng)長(zhǎng)的DNA鏈。DNA分子由二條單鏈DNA按堿基配對(duì)互補(bǔ)（A一T，C一G)的原則，通過(guò)氫鍵連接。在細(xì)胞分裂繁殖時(shí)，雙鏈DNA解開(kāi)，形成2條單鏈模板；再按照堿基互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律，合成1條新的與模板互補(bǔ)的DNA單鏈。結(jié)果，1個(gè)親代DNA分子復(fù)制成2個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的子代DNA分子。每一個(gè)子代DNA分子均由1條原來(lái)的鏈和新合成的互補(bǔ)鏈組成，這即DNA半保留復(fù)制。這樣，子代DNA保留了親代DNA全部的遺傳信息。這些遺傳信息通過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯的過(guò)程來(lái)表達(dá)，決定著細(xì)胞的代謝類(lèi)型及生物特性。所以，DNA或基因的主要功能為攜帶和傳遞遺傳信息，從而體現(xiàn)出遺傳過(guò)程的相對(duì)保守性。
除了DNA可以作為遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)外，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)RNA也可作為遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。有些病毒的基因就是RNA。這種RNA病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)可以用病毒RNA作為模板。在RNA復(fù)制酶催化下，按照堿基互補(bǔ)原則，通過(guò)一系列反應(yīng)，復(fù)制產(chǎn)生更多的病毒RNA分子。
