精彩绝伦|谈谈遗传图谱的前世今生

遗传图谱现如今是遗传学研究中重要的工具，标记的密度越来越大，但构建的难度在专业科技服务企业的协助下似乎在变小，因此，这个工具变得越来越普遍。那么，我们是否还记得世界上的第一张遗传图谱？它是怎么出现的呢，在它之前又发生过什么样的事情呢，知古鉴今，就让我们做一下历史的回顾吧。

神学的婢女

当代自然科学发源于西方，而欧洲在西罗马灭亡之后，便进入了漫长而黑暗的中世纪，教会势力遍及欧洲的每一个角落，古希腊时期创造的科学文明藏于神学院的书架上，科学变成了神学的婢女，11世纪后，随着十字军东征运动伴随而来的文艺复兴运动，推动了自然科学的发展，受哥白尼在1453年发表了天体运行论的鼓舞，天文、物理、数学等慢慢从神学统治中解放出来，而生物学仍然受神学的禁锢，神学世界观中，各种生物从造物主那获得永恒的结构与功能，生物科学只能做些为圣经服务的注释，罗马帝国的灭亡，奥斯曼帝国开始把控东西方贸易的交通要道，欧洲的贵族急于从海上开辟一条航线通往东方，寻求香料的物资，大航海时代来临。

挣脱神学的束缚

大航海时代，帆船带回的不仅是财富，更有世界各地的动植物，博物学家们开始忙碌，1660年，英国人约翰.雷首次把植物从胚胎发育开始研究  提出了单双子叶植物之分，1707年2位为分类学做出巨大贡献的人物出生了， 一个是法国人 布丰，另一个是瑞典人 林奈，林奈推广了基于拉丁语的命名规则，所有的分类成果得到了统一，提出了界门纲目科属种的分类系统，发明了双命名法，用属名和种名对一个物种进行定名，而布丰对全世界搜集而来的植物样本研究发现，即使有着相似的环境，但在不同地区，同一物种却有着截然不同的种群，他认为，种群内的某些个体可能随着时间而缓慢变化，而且这种变化可能被积累并扩散。你是不是觉得这里面有着某种进化论的观点？在他72岁那年，他推荐了一个他很欣赏的年轻人加入了法国科学院，这个人就是拉马克，对，就是那个用进废退学说的开发者，为进化论的发展做出了巨大的贡献，但在课本里经常被说的一无是处的人，其实，他的理论在当时可以说集中了最先进思想的精华，虽然很多观点后来被证明是错的，但这真的不能怨他。

进化论的横空出世

在拉马克逝世的2年后，一个被他父亲说成是喜欢无所事事混日子的年轻人登上了英国海军的小猎犬号，主要工作是陪同船长聊天解闷，开始环球科考，在5年时间内，这位被称为达尔文（1809-1882）的年轻人在世界各地考察了各种动植物，收集了很多的化石标本，伟大的思想即将诞生，回到英国后，他开始着手整理观察记录并开始系统的思考他满腹的疑问，经20多年的思考和等待之后，1858年，他和另一位博物学家华莱士共同署名的论文由林奈学会发布，但当时没有引起多少讨论，1859年，《物种起源》一书正式出版，其中关于自然选择、渐变论的观点震惊了全欧，马上被抢购一空，新的时代来临了。

天才的湮没

在达尔文的著作发表后不久，身处布隆的一位名为孟德尔（1822-1884）的神父也认真研读了这本著作，这个时候，他已经在修道院的后院做了2年的豌豆杂交试验，他一开始是为了获得优良的品种，在试验过程中，他发现了一些关于性状遗传的有趣现象，便深陷其中，经过8年的试验，对7种遗传表现进行观察统计后发现了性状的显隐性，在F2代中，显性对隐性呈3:1的比例，不同对性状间遗传没有干扰相互独立，提出了遗传因子的概念，他将总结的规律整理成论文《植物杂交试验》于1866发表，但是并没有引起当时其他研究者的注意。而此时，达尔文的进化论正在遭受多方质疑，特别是教会的猛烈攻击，因为当时流行的融合遗传方式并不能解释进化论中优良变异的传递。在后期，达尔文提出了泛生论，同样没有做出一个信服的解释，而真正的遗传规律就在喧闹中被埋没了。

细胞学的启发

一个科学问题的解释有时候需要等待，对进化论中支配遗传机制的不清楚，促使研究者从别的学科寻找线索，显微制片技术的发展加快了解剖学和细胞学的研究，有些问题也慢慢明朗起来，1876年，德国动物学家赫特维奇（1849-1922）发现海胆的受精过程发生了精核与卵核的融合。1879年，弗莱明（1843-1905）发现蝾螈表皮细胞的细胞核中可以被碱性染料染色的丝状体，被称为染色质，并提出了细胞分裂时，染色质纵裂为二，移向2个子细胞。1883年，比利时的贝内登（1846-1910）观察马蛔虫时发现，它的精子和卵细胞的染色体都只有体细胞中的一半。这里不得不提下另外一个伟大的科学家：魏斯曼（1834-1914），一位德国动物学家，他在因为眼部疾病不得不终止显微镜观察后，开始进行遗传方面的研究，他在总结当时显微技术对细胞核染色质的研究结果后，大胆推测染色质是遗传物质，卵细胞和精子成熟过程中，必然要发生一种染色体数目减半的特殊分裂。并提出了“种质连续学说”用于解释遗传机制。这个理论为遗传学的发展开辟了道理。

遗传学科的诞生

1900年荷兰的狄.弗里斯（1848-1935）和德国的柯伦斯（1864-1933）通过各自的植物杂交试验，得到了和孟德尔相同的结果，孟德尔学说终于在发表35年后，被人从故纸堆里捡了起来，这一年，被认为是遗传学建立和开始发展的一年，在这之后，遗传学相关的名词、概念、方法及发现不断涌现，1901年，麦克朗（1870-1946）提出了马的附着染色体（后称X染色体）决定雄性，这是第一次提出染色体于生物性状的关系；贝特生（1861-1926）和庞尼特（1875-1967）在1906年通过香豌豆杂交试验发现了性状连锁现象，但是他们没有做出合理的解释，这一年，贝特生将genetics这个单词用于表示遗传学的研究，并于1910年在英国创办了“Journal of genetics”；约翰生（1857-1927）提出了“纯系学说”，并用gene一词表示孟德尔遗传规律中的遗传因子；1903年萨顿（1877-1916）和博韦里（1862-1915）通过各自对蝗虫和海胆的研究，提出了染色体在减数分裂期的行为和孟德尔遗传规律中的遗传因子的行为平行，以及一个染色体上有多个基因线性分布在上面这样的推论，这便是Boveri-Sutton 染色体学说，由于没有强有力的证明，这个推论没有被广泛信服。

第三定律的发现

在孟德尔发表《植物杂交实验》的1866年，摩尔根（1866-1945）在美国南方出生，于1890年在约翰.霍普金斯大学获得博士学位，后在意大利学习了一段时间的实验胚胎学，1904年，他接受威尔逊（1856-1939）的邀请，加盟哥伦比亚大学动物系，威尔逊曾自谦说：我最大的贡献就是发现了摩尔根。在1909年开始使用果蝇做研究时，他是不认同自然选择学说和孟德尔学说的，也不支持威尔逊所支持的Boveri-Sutton 染色体学说，他认同的是狄.弗里斯的突变学说，但是到最后他都承认了这些。在对果蝇的实行1年多的各种酷刑之后，突变发生了，他在常规的红颜果蝇中发现了一只白眼果蝇，他把这个雄性的白眼果蝇与野生型处女雌蝇交配，获得的F1后代有1237个是红眼，将这些果蝇雌雄交配后获得的F2代中：2459红眼雌蝇，1011红眼雄蝇，782白眼雄蝇。他观察到白眼全部是雄性，也就是白眼性状与性别有连锁。为了看是否白眼只能是雄性，他将第一只白眼雄蝇与F1雌蝇交配，发现后代中雌雄都有红眼和白眼，比例接近，在事实面前，摩尔根很快采用了孟德尔的推理以及实验设计，在这之后，他又发现了多个突变，对杂交后代的不同类型的研究，发现了连锁和交换现象，他的这些工作离不开他三个学生的努力，布里奇斯（1889-1938）具有非常敏锐的眼睛，仅凭肉眼就能在一堆果蝇中发现突变色的个体，唯一的研究生是穆勒（1890-1967），综合能力最强，最后要说的这位：斯特蒂文特（1891-1970），具有超高的推导能力，1911年的一天，他突然想到基因连锁的紧密程度可以用染色体上线性排列来表示，通过重组发生频率推出两个基因之间的距离，一个晚上他就画出了世界上第一张遗传图谱，这张图谱包括6了个形态位点，文章在1913年发表于《实验动物学杂志》，到1914年，摩尔根和学生发现的多个基因可以分成4个连锁群，对应于果蝇4套染色体。到1915年，他们完全可以用染色体学说解释孟德尔遗传学。以实验和理论奠定了现代遗传学的基础后，摩尔根、Sturtevant、Muller和Bridges四人出版了《孟德尔遗传的机理》，标志这经典遗传学理论的成熟。

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DNA事业部  闻伟锷丨文案

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