三十年来分子生物学一直是一门成果丰富和进展中的学科，当前我们正处于以其前所未有的活跃和令人振奋为特征的时代的中间。两项有关的工艺——基因无性生殖*和快速DNA测序开辟了新的巨大的研究领域。第一项进展——重组DNA使分离和研究真核基因的结构变得和以前研究细菌基因一样简便（或许更为容易些，因为还要通过重组体DNA手段来更多地了解细菌基因）。

由Sanger等以及Maxam和Gilbert所发展的快速DNA测序术使测定真核基因的分子结构成为可能，一种我们在10年前没有想到的成就。

生物学中这种革命的最新的工艺学有其细菌遗传学和酶学的起源，分子生物学研究最近集中于高等生物，虽然大肠杆菌仍是一种不可缺失的材料来源；重组DNA工艺学来自和取决于细菌遗传学的巧妙操作，同时它也取决于作为试剂的进展中的一系列酶。由于发展出提纯酶的可靠的能重复的方法，目前已能制备出大量的酶用于商业出售。寄主限制与修饰首先由Arber作为微生物遗传学中一个有趣现象而加以研究的。第Ⅱ类限制性核酸内切酶是由H. Smith从流感嗜血杆菌中提纯，并且首先认识其酶活性。

真核基因的结构

最初研究真核基因中最引人注目的发现是：基因与其产物并非总呈线性对应，代此现象的是基因含有中断遗传信息连续性的插入顺序或内含子，其结果使编码蛋白质的真核基因比简单的编码氨基酸的序列所需要的更大一些，例如小鼠的β - 血红蛋白基因含有分别为116和646对碱基的两个插入顺序，而其编码顺序为432对碱基。这还不算是最极端的例子，小鼠二氢叶酸还原酶基因含有5个插入顺序，含有568对碱基的编码顺序的整个基因其长度为32000对碱基。

一种新发现的酶反应——剪接是为基因表达功能所必需，整个基因以一个长的RNA前体被转录。随后剪去其插入顺序，再经末端连结形成成熟的信使RNA中的并不间断的编码顺序。

详细地研究了好几套基因，Proudfoot等回顾了人体珠蛋白基因特性描述上的进展。从1970年以来其进展不可思议，所有的珠蛋白基因现均已被无性生殖，β和α簇则已可描图，5个类似β - 珠蛋白基因的全部核苷酸顺序已经知道，最终搞清β簇的全部6万 ~ 7万对碱基也并非不可能。这是一个富有生物学意义的区域，各种不同珠蛋白基因的表达受分化调节，因此这个系统是研究发育的一个出色模型。已知包括地中海贫血在内的一些人体突变可影响这些基因的表达，还了解到很多有关这些突变和基因簇遗传图关系的资料。

一些时期以来，已经知道染色体组并非固定不变，遗传信息团有着大量移动的范围：这种现象的遗传学已经研究了至少40年。1950年末Barbara McClintock在玉米中的前驱工作发表后不久，类似的转位因子发现也存在于细菌中，现在重组体DNA工艺已经提供为在分子水平上描述这些遗传现象的合适的工具。

转位因子借以起作用的机制的统一性目前正开始出现，转位因子是一段遗传信息，它有催化其自身移动的能力，这可经促进这些因子的末端与其他的非同源顺序间的遗传重组而实现，由此导致一系列的遗传现象——基因不稳定性、颠换、倒位和缺失。因此细菌中可转位的抗菌素抗性基因的机制相似于酵母菌和果蝇中转位因子的移动、相似于RNA肿瘤病毒的整合以及相似于免疫球蛋白的基因的表达机制。

Simon及其同事正在研究沙门氏菌的相转变，通过这种相转变，细菌能对两种抗原性不同的鞭毛类型的产生选择开通，以逃避寄主的免疫防御，已经发现相转变是借一个重组开关即一个在沙门氏菌中经受倒位的900碱基对片断而实现。这个片断编码一种开通重组的蛋白质，更进一步，这种蛋白质以及由它所操纵的开关的末端与其他的细菌转位因子中的开关是同源的一一这发现支持所涉及的机制的一致性。

早在1968年Britten和Kohne指出真核生物含有在整个基因组内重复多次的核苷酸序列，果蝇和酵母菌中至少有一些中等程度重复的DNA片段是转位因子，Roeder等对酵母菌中由转位因子Ty1和Ty2所引起的突变进行了分析，经克隆和顺序分析后，他们指出这些突变具有与细菌转位因子的相似性，后者在转位过程中使靶子DNA产生一个5对碱基的重复。通过遗传分析，他们描述了用玉米中两个组分的spm系统转位的酵母菌的绝对相似性，这两个系统中存在着不稳定突变的抑制基因，可产生野生型表型，在酵母菌中它们是由催化插入的转位因子的清除切割而起作用，再一次地表明这些机制的一致性。

重组DNA工艺已被用于阐明免疫球蛋白基因表达以及免疫球蛋白多样性产生的机制。对于从远处观察真核生物界的分子生物学家来说，这或许是最感兴趣的问题，一个有机体怎样才能产生10⁵ ~ 10⁶种不同的抗体？免疫球蛋白氨基酸顺序分析产生出某些有关多样性怎样产生的明确知识，而现在抗体基因的无性生殖和测序实际上已在分子水平上揭示出这过程是怎样进行的，事实上抗体基因是由可变区基因（它编码能辨认抗原的那部分抗体）和恒定区基因（它提供抗体的框架）间DNA. 重组、（本例中是缺失）而产生的。目前认为存在着用以结合的足够的可变区基因以产生出所需的多样性。

定向诱变作用

一旦基因被分离出来就可能在体外予以改变，这可以通过应用限制酶、外切核酸酶、连接酶以及可造成缺失、插入、点突变的化学诱变剂来实现，当然，为了纯化和增殖被改变了的基因，需要再次无性生殖。

为了研究基因中碱序或其控制因子的作用，可以采用这种方案。细菌中已经分离出启动基因和操纵基因突变型，进一步测定改变了的核苷酸的顺序有助于确定控制因子的功能上重要的区域。真核生物中这种突变型还很少被分离，因此将要广泛应用离体（或代替）的遗传技术，用这种工艺所获得的某些早期成果令人吃惊，Brown小组已经报道：爪蟾5S基因转录时启动基因的辨认顺序其实位于基因中段。应用这些技术Corden等和Proudfott等已经能确定出决定几种不同的真核基因的RNA聚合酶Ⅱ转录起始出发点的启动基因区域，令人惊奇的是这些启动基因其大小和起始点的排列与原核生物的启动基因并无明显的差别。

最精细的诱变方案包括应用合成的寡核苷酸去控制突变，由Khorana及其同事所发展的为合成一段DNA顺序所需的技术已经在诸如阐明遗传密码的工作中作出决定性的和独特的贡献。Itakura和Riggs叙述了在构建人工合成基因和用作特殊的诱变因素中寡核苷酸的最新用途。Wallace等已应用此项技术去处理酵母菌转移RNA基因中插入顺序的精细缺失，寡核苷酸定向诱变作用使实验工作者以正确无误的方式改变基因成为可能，作为例子，这种工艺能用于探查决定酶功能的结构基础，支持了已经提出来的酶催化作用的机制涉及一个特殊的丝氨酸残基的决定性作用，这就有可能利用寡核苷酸定向突变，把丝氨酸密码子改变为（比如说）丙氨酸或者任何其他的氨基酸密码子，它们可在人们所期望的位点插入。然后，这种改变了的基因能插入大肠杆菌以产生突变型酶，蛋白质化学家已经考虑如何去应用这种工艺，因此突出了寡核苷酸的大量需要。

转 化

一旦基因已被改变，人们必须能测试其功能上的变化，为了做到这一点有着许多离体技术，包括把DNA注射入卵母细胞核中，用卵母细胞提取物孵育以反应用部分确定的RNA聚合酶Ⅱ系统，然而，这改变了的基因最终必须再回到生物体内，目前转化技术已发展用于酵母菌和培养的哺乳动物细胞中。

酵母菌转化是由Scherer和Davis所提出，他们应用这种技术去研究基因转换的遗传现象，目前有许多酵母菌无性系载体可以应用——其中有一些其DNA是以质粒形式保持，有些是在碱序同源处整合，转化频率之高足以使无性生殖实验能完全在酵母菌中进行。它还能使细菌中那些不具可辨认表型的基因进行无性生殖和分析。有两个小组已经成功地分离出酵母菌交配型系统的遗传因子，在此系统中酵母菌交配型是经一种重组机制而开通，这种机制与我们已经讨论过的转位因子有着某些相似性。

转化DNA顺序能在同源区整合的事实使一种处理得以发展，它可使整个顺序（含有已改变碱基）完全取代原有的顺序，要木是这种已引入的改变和改变了的基因是在其专门的位置，这生物体是不能改变的，这就产生一种完全可控制的用于了解任何突变的表型的试验。

利用哺乳动物细胞，Axel及其同事已经指出外源DNA可被摄入和表达，这就能直接筛选编码胸苷酸激酶的细胞基因和腺苷酸转磷酸核糖基酶基因。此外这些技术还可用于分离那些不在大肠杆菌中表达，但在哺乳动物细胞中却具明晰表型的基因。转化DNA可整合入染色体DNA但似乎并无独特的整合位点。

Mulligan和Berg采用了一种不同的手段，在他们的实验中转化DNA是通过SV40载体引入培养细胞，已经知道为了表达稳定的信使RNA，转录单位必须至少含有一个插入顺序，也就是说，每个转录物必须是剪接起来的，这可经构建杂合转录单位来实现，例如一互补与一个SV40的晚期前导物结合。Mulligan和Berg已经把一个编码黄嘌呤 - 鸟嘌呤转磷酸核糖苷酶（HGPRT）的大肠杆菌基因（gPt）引入到SV40。

当SV40提供启动基因和RNA加工信号后，细菌基因能被表达，这种表达通过人体Lesch-Nyhan细胞的转化，以引人注目的方式予以描述。Le-sch-Nyhan综合症是由于缺乏HGPRT而造成，其结果来自该病患者的培养细胞不能在含有氨基蝶呤、次黄嘌呤、胸腺嘧啶的培养基中生长，经用SV40-gpt杂合体转化的细胞可以得救，并能在上述培养基中生长，显然，这些结果开辟了在哺乳动物细胞中控制基因表达的大量的可能的实验。

分子生物学的工业应用

这种工艺的商业应用的事实是没有一个人看不到的，现在还不清楚它能多快为市场提供产品，不过毫无疑问未来的疫苗以及各种天然产生的多肽，例如胰岛素和干扰素（它们均很短缺）可用这种方式生产，已经具有这样的工艺可用于进行大肠杆菌的蛋白质的大量生产以及用于改变基因以改进蛋白质产物的用途。大致上这些发展将对生物学的进展具有积极的影响。基础研究和工程学的目的具有许多共同的特征，例如什么决定着基因的最佳表达以及产物经细胞膜而输出？控制特殊的突变的最好方法是什么？有多少干扰素基因？它们又在哪儿表达？

分子生物学家参与工业是一个较新的现象，以前分子生物学家只看见其在大学中的责任，现在随着大学预算与补助费的节减，有才能的年轻的以及精力旺盛的研究工作者们在工业中找到可以继续他们的研究的地位。我们可以预料到某些问题和某些可能的暂时失败。市场范围的竞争和公开通信的科学思想之间的长年冲突不能去掉。肯定说这些工业中的新人们将满足他们与其同事的连续通信的愿望，我希望能做到这一点。然而我们之中的某些最有才能者可能会丧失其远大拜光。一个人不能做各种事情。复杂的哺乳动物的发育问题也术可能由那些从事肝炎疫苗生产的同一个人来解决。当然这些是评价的问题，而且有谁能说出哪个更重要些？

前 景

关于真核基因的结构和组成以及控制它们表达的因子我们还需要作更多的了解。目前的方式对宁搜集这些资料是有价值的，其结果源源不断涌来，分析资料需要已经成熟的计算机技术，为了贮藏和传播这些资料必须建立起中央资料库。

学习基因修饰和无性生殖技术比较容易，许多人正在把它们应用于范围非常广阔的生物学问题，例如它们将被有兴趣地应用于生物进化的研究，DNA顺序含有原始记录，比较基因群中的顺序，已经产生了迷人的看法同时还提出了新的问题。

在应用水平上，我相信最重要和紧迫的应用将是为我们的能量问题提供解决办法，光合作用可用于解决需予继续使用的能源，它本身已在30亿年前完成了，几乎可以肯定：解决能源问题的一个重要组成将必然来自生物学。需要一些能适应于我们把日光经生物学转换成碳骨架的操作。为进行这项任务所需的许多工具已在我们手头，这一点似乎是很明白的。

[Science，1980年209卷，4463期]

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* 基因无性生殖技术，是一种不经过有性过程来改变基因结构的方法。