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遗传学史:从孟德尔的豌豆到人类基因组

遗传学的发展史跨越了160年——从一位在修道院花园里数豌豆的修道士,到如今用分子剪刀编辑人类基因组的科学家们。一路走来,它吸收了达尔文主义,奠定了分子生物学,开启了生物技术,并触及了关于人性最深刻的伦理问题。这或许是下个世纪最具深远影响的科学叙事。

孟德尔定律 (1866年)

格雷戈尔·孟德尔花了8年时间种植了29,000株豌豆,进行品种杂交并计数其后代。他确定了两条定律:分离定律(每个亲本为每个性状贡献一个“因子”;因子在配子形成时分离)和独立分配定律(不同性状的因子独立遗传)。这些成果于1866年发表,却被埋没了34年。

染色体与摩尔根 (1910年)

托马斯·亨特·摩尔根通过果蝇实验,证明了基因在染色体上是有序排列的。他发现了伴性遗传和遗传连锁——同一染色体上的基因会一起遗传。他的研究小组绘制了首张基因图谱,揭示了基因在染色体上的相对位置。

作为遗传物质的DNA (1944–1953年)

奥斯瓦尔德·艾弗里在1944年证明了DNA而非蛋白质是遗传物质。沃森和克里克在1953年利用罗莎琳德·富兰克林的X射线晶体衍射数据,确定了DNA的双螺旋结构。这一结构立即揭示了遗传信息是如何复制的:两条链解开,每一条都作为模板合成互补的新链。

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重组DNA与生物技术 (20世纪70年代)

限制性内切酶(20世纪70年代)可以切割特定序列的DNA;连接酶可以将片段拼接起来。科学家们从此可以组合不同生物的DNA——这就是重组DNA技术。1982年,细菌成功生产了胰岛素,这是首个生物技术药物。如今,该行业已生产出数百种药物、疫苗和工业酶。

人类基因组计划与CRISPR

人类基因组计划(1990–2003年)测序了人类DNA全部30亿个碱基对。CRISPR-Cas9(2012年,詹妮弗·杜德纳和埃马纽埃尔·卡彭蒂耶)提供了一种精确、廉价的基因编辑工具:一种可以切割特定DNA序列的分子剪刀。她们的工作获得了2020年Nobel Prize化学奖的认可。针对遗传病的CRISPR治疗临床试验目前正在进行中。

常见问题

谁发现了DNA?

DNA作为一种分子是在1869年由弗里德里希·米歇尔发现的。其作为遗传物质的作用由奥斯瓦尔德·艾弗里在1944年证实。沃森和克里克在1953年利用罗莎琳德·富兰克林的关键X射线数据确定了双螺旋结构。沃森、克里克和威尔金斯获得了1962年Nobel Prize;富兰克林于1958年去世。

什么是CRISPR?

CRISPR-Cas9是一种源自细菌免疫系统的基因编辑工具。它利用引导RNA指挥Cas9酶在特定序列处切割DNA,使科学家能够以前所未有的精确度删除、修改或插入基因。詹妮弗·杜德纳和埃马纽埃尔·卡彭蒂耶因其开发工作获得了2020年Nobel Prize化学奖。

人类基因组计划发现了什么?

人类基因组计划(1990-2003年)测序了全部约30亿个人类DNA碱基对。主要发现:人类拥有约20,000-25,000个编码蛋白质的基因(远少于预期);只有约1.5%的基因组编码蛋白质;人类共享约99.9%的DNA;与其它物种的比较揭示了广泛的进化共享历史。

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