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我不久前写过一篇题为“基因发现简史”的博文,受到广大博友的好评。有出版社甚至给我留言,让我写一本遗传学史的书。这是我所始料不及的。不过也有人说,我应该把这个专门的题目交给专家去写。这当然是没有问题的,可是专家现在太忙。那么我经过这些日子的思考和整理,看了些资料,又补写了一些。芹献于此,供大家继续分享,批判,拍砖。
我想这次我应该从更加细致的一方面着手,看看遗传学如何一步步走了今天。例如,基因组学便涉及到了基因、遗传、遗传学、分子生物学、生物化学、生物统计学并将当下的高科技手段融入其中,而计算机科学和数学又是必不可少的。经过整理,我发现整个学科的发展过程是如此复杂,内容如此丰富,的确是一人力所不逮。我写那篇小文章看来还是有些不自量力啦。不过,我倒是觉得对曹操家的基因测序还是有点儿意思。因为这里面我实在找不出中国人身影。倒是有位日本人在大事记上留下了印记。
那么下面我们先来个粗线条的梳理。然后进入我们的大事记。
十九世纪中叶
遗传学的起源是以进化论的发展为基础的。1858年是关键的一年,因为达尔文和华莱士的研究工作使物种起源和物种如何变异成为研究的焦点。他们描述了新的物种如何从通过进化和自然选择演变出新的形式。可惜,当时他们并不知道这种现象背后基因的作用。
大约同时,孟德尔这位奥地利的僧侣,正在大量地做着关于香豌豆的遗传和遗传学的实验。他把遗传单位描述为不发生变化的颗粒,通过它们将其特性传给下一代。实际上,孟德尔的工作直到今天依然是理解遗传学原则的基础性知识。后来,人们便将孟德尔称为遗传学之父。可怜的是,当年他的研究工作几乎没什么人知道。
与此同时,海克尔说遗传物质就在细胞核内,他的预测是正确的。米歇尔证明了细胞核内的物质就是一种核酸。大概就在这一时期,人们发现了染色体,它才是携带遗传信息的单位。
二十世纪初
就是在这一时期,孟德尔原则和染色体理论得到了确立。孟德尔的工作基本不为人所知。大约在1900年左右,人们重新发现了孟德尔原则,于是有人开始引用他的工作。
染色体理论的发展导致了细胞遗传学的出现。人们首次观察到了染色体异常的现象(例如,重复、缺失、易位、倒位等)。
二十世纪中叶
直到1870年细胞核内的物质才被确定为核酸。DNA大约在1920和1950年代之间被确定为遗传物质。格里菲斯的关于菌株的实验建立了这一理论。
艾弗里、麦克劳德和麦卡锡进一步证明,是DNA而非蛋白质或RNA才是负责基因遗传和格里菲斯研究的菌株进化的因子。
然后,沃森与克里克在其突破性工作中确定了DNA的结构,而其他科学家则提出DNA含有遗传密码。1960年代,人们发现了遗传密码。克里克发现了转录和翻译,并形成了所谓的“分子生物学的中心法则”。
二十世纪中叶到二十一世纪初
这一时期,分子生物学和分子遗传学的概念成为追捧的研究领域。这段时间,知识库中充斥着各种先进的技术。其中包括分子生物学、重组DNA技术和生物技术方法等等。
DNA的放射性标记法或荧光标签法开发出来,之于诊断和治疗以及研究工具也是这一期间的成果。
科学家发现了限制性内切酶并将其用来构建重组DNA分子,这些重组DNA包含了可以在菌株中大量生长的外源DNA。
然后,就是像PCR(聚合酶链式反应)这样的方法以及生物技术方法,还有就是在医学、药物治疗学和研究工作中都发现了新的应用。
大事记
十九世纪中叶:1858年,进化论、自然选择、尤其是遗传与核素
达尔文和华莱士——进化论的自然变异与自然选择
1865——孟德尔——尤其是遗传
1866——海克尔——细胞核内的遗传物质
1871——米歇尔——细胞核中的的物质是核酸
二十世纪初叶:孟德尔原则得到拓展以及遗传染色体理论得到巩固
1900——科伦斯、德弗里斯、丘歇马克重新发现了孟德尔的工作;遗传学的纪元开始
1902——萨顿和博韦里——遗传的染色体理论——染色体内有遗传物质
1905-1923
◦连锁
◦性连锁
◦遗传学图
◦连锁组数目——染色体数目
◦致死基因
◦母体遗传
1908——哈迪和温伯格——哈迪—温伯格遗传平衡原理
1909——尼尔森-埃尔——定量特性和定量遗传学
二十世纪中叶:DNA是生命物质;达尔文的自然选择进化论的优越性得以确认
• 1928——格里菲斯——转型实验
• 1944——艾弗里、麦克劳德和麦卡锡——明确证明DNA是遗传物质
• 1953——沃森和克里克——定义了DNA结构
• 1954-1961
◦确定了DNA密码
◦描述了转录
◦发现了复制
◦阐明了翻译
◦提出了操纵子
• 1932-1953
◦费舍尔和杜布赞斯基——阐明了现代综合论
◦将达尔文的进化论和孟德尔的遗传学联系起来
• 1968
◦木村资生
◦引入了分子进化论的中性论
二十世纪中叶和二十一世纪初叶:分子遗传学时代;系统发生学密集时期; 信息时代; 基因组学的出现
• 1969 阿帕网——互联网上线
• 1970 阿贝尔和史密斯——分离出首个内切酶HindII
• 1970 巴尔提摩和特明——发现逆转录酶
• 1972 博格——首次构建重组DNA分子
• 1973 博伊尔和科恩——首次生产出功能性重组大肠杆菌细胞
• 1977 桑格和吉尔伯特——描述DNA测序技术
• 1977 夏普和罗伯茨——发现内含子
• 1978 博特斯坦——RFLP引发了连锁组的分子定位时代
• 1980 桑格小组——首个基因组测序,大肠杆菌噬菌体ΦX174
• 1983 穆丽思——发现PCR技术
• 1986 霍德、史密斯、亨克皮勒夫妇——首个自动DNA测序仪
• 1990 美国政府——人类基因组计划
• 1995 塞雷拉——首次细菌基因组测序(H. influenza)
• 1996
◦酵母菌基因组联盟
◦首个真核基因组(酵母菌)测序
• 2000——全球植物基因测序计划——首个有花植物(拟南芥)测序
• 2001——人类基因组测序发表
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