weishengwu yichuanxue
微生物遺傳學
microbial genetics
以病毒、細菌、小型真菌以及單細胞動植物等微生物為研究對象的遺傳學分支學科。微生物有個體小、生活周期短、常能在簡單的合成培養基上迅速繁殖等特點,並且可以在相同條件下處理大量個體,所以是進行遺傳學研究的良好材料。微生物遺傳學在20世紀40~50年代的發展,促進了遺傳學中一些基本理論的闡明;50~60年代推動了分子遺傳學的發展。
簡史 30年代中已經開始對酵母菌、脈孢菌和草履蟲的遺傳學研究,不過那時研究的對象限於能進行有性生殖的微生物,研究的課題大多限於基因的分離、連鎖和重組等。開始認識和利用微生物的優越性進行遺傳學研究的是美國遺傳學家G.W.比德爾和生物化學家E.L.塔特姆。他們原來企圖通過果蠅復眼色素遺傳的研究來闡明基因的原初功能,雖然取得了一些進展,但並不理想,於是便改用脈孢菌作為研究材料,另行研究基因在氨基酸等的生物合成中所起的作用。這樣做的原因是:①果蠅復眼色素的分子結構和生物合成途徑比較復雜,要取得大量色素也比較睏難;②氨基酸等的分子結構或生物合成都比色素簡單;③脈孢菌便於通過大量培養而取得它的代謝産物;④正像在果蠅的復眼色素的研究中必須獲得不能合成色素的突變型一樣,要研究基因在氨基酸合成中的作用,必須獲得不能合成氨基酸的突變型。要做到這一點,所研究的生物必須本身能合成全部氨基酸,脈孢菌正是這樣一種生物;⑤脈孢菌的基因分離、連鎖、重組等研究已經有一定的基礎;⑥在微生物中利用射綫誘發基因突變已有報道。
40年代主要通過下列幾方面的工作奠定了微生物遺傳學的基礎:
脈孢菌中營養缺陷型的發現和基因原初功能的研究40年代初比德爾和塔特姆用射綫處理脈孢菌得到了多種營養缺陷型,這些突變型衹有在培養基中添加了它們所不能合成的物質才能生長。研究營養缺陷型的重要意義是:①為生物合成代謝途徑的研究提供了有效的手段;②提出了一個基因一種酶的假設;③利用營養缺陷型探索代謝途徑的原理在遺傳學各個領域中得到廣泛應用;④除研究基因的原初功能外,還被應用於研究基因結構和基因突變,從這些研究所得到的許多原理以後又被應用於人類體細胞的遺傳學研究(見體細胞遺傳學),從而推動了人類遺傳學的發展;⑤應用營養缺陷作為標記,發現了細菌接合。
細菌接合和基因重組的發現 早在30年代就有人提出細菌是否有基因重組的問題,並且試圖進行驗證,但因所用的檢測遺傳重組的形態和糖發酵性狀不很穩定,並且沒有采用排除親本而選擇重組體的方法,所以沒有取得可信的結果。1946年美國微生物遺傳學家J.萊德伯格和塔特姆在大腸桿菌中以營養缺陷型為選擇標記,發現了細菌的基因重組現象。這一發現既說明了生物界遺傳規律的普遍性;又開闢了應用大腸桿菌等為材料的遺傳學研究的廣阔領域。目前大腸桿菌已是遺傳學方面研究得最為詳盡的生物,通過大腸桿菌和它的噬菌體的遺傳學研究又開創了分子遺傳學。大腸桿菌基因重組的發現還導致了大腸桿菌的轉導、真菌的準性生殖和放綫菌的基因重組等現象的發現,並為微生物遺傳學理論應用於生産實踐開闢了前景。
細菌轉化因子的化學鑒定 肺炎雙球菌的轉化現象在1928年就已發現,可是轉化因子的化學本質直到1944年纔為美國化學家O.T.埃弗裏鑒定為DNA。此後DNA的重要意義纔逐漸被認識,分子遺傳學的發展纔有可能。
細菌抗藥性突變的研究 細菌的抗藥性來自基因突變還是對環境的適應性變異是個長期爭論不休的問題。1943年原來當醫生的S.盧裏亞和由物理學轉嚮噬菌體遺傳學研 |