如今，遺傳圖譜是遺傳學(xué)研究的重要工具。標(biāo)志物密度越來越大，但借助專業(yè)技術(shù)服務(wù)企業(yè)，構(gòu)建難度似乎越來越小。所以這個(gè)工具越來越普遍。那么，我們還記得世界上第一張基因圖譜嗎？它是怎么產(chǎn)生的，之前發(fā)生了什么？我們來做一個(gè)歷史回顧。

神學(xué)少女

當(dāng)代自然科學(xué)起源于西方，而歐洲在西羅馬滅亡后進(jìn)入漫長而黑暗的中世紀(jì)。教會權(quán)力遍及整個(gè)歐洲。古希臘創(chuàng)造的科學(xué)文明被藏在神學(xué)院的書架上，科學(xué)成了神學(xué)的女仆。11世紀(jì)以后，伴隨著十字軍東征運(yùn)動的文藝復(fù)興運(yùn)動，自然科學(xué)的發(fā)展得到了促進(jìn)。受1453年哥白尼天體運(yùn)動理論的啟發(fā)，天文學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)等。慢慢地從神學(xué)統(tǒng)治中解放出來，而生物學(xué)仍然被神學(xué)禁錮著。在神學(xué)世界觀中，各種生物從造物主那里獲得永恒的結(jié)構(gòu)和功能，生物科學(xué)只能做一些注釋來為圣經(jīng)服務(wù)。隨著羅馬帝國的滅亡，奧斯曼帝國開始控制東西方貿(mào)易的交通路線。歐洲貴族急于開辟一條從海上到東方的路線，尋找香料和材料，大航海時(shí)代來臨了。

掙脫神學(xué)的枷鎖

在大航海時(shí)代，航海不僅帶回了財(cái)富，還帶回了來自世界各地的動植物，博物學(xué)家開始忙碌起來。1660年，英國的約翰·雷首先從胚胎發(fā)育的角度研究植物，并提出單子葉植物的劃分。1707年，誕生了兩個(gè)對分類學(xué)做出巨大貢獻(xiàn)的人，一個(gè)是法國的布馮，一個(gè)是瑞典的林奈，林奈普及了基于拉丁語的命名規(guī)則。所有的分類結(jié)果已經(jīng)統(tǒng)一，門、門、門、門、門、門、門、門、門、門、種等分類系統(tǒng)。已經(jīng)被提出，并且一個(gè)物種已經(jīng)通過它的屬名和種名被命名。通過研究世界各地采集的植物樣本，布馮發(fā)現(xiàn)，即使環(huán)境相似，同一物種在不同地區(qū)的種群也完全不同。他認(rèn)為，人口中的某些個(gè)體可能會隨著時(shí)間的推移而緩慢變化，這種變化可能會積累和擴(kuò)散。你認(rèn)為有某種進(jìn)化的觀點(diǎn)嗎？72歲那年，他推薦了一位自己仰慕的年輕人加入法國科學(xué)院。這個(gè)人就是拉馬克，對，就是那個(gè)用“棄學(xué)退學(xué)”理論，為進(jìn)化論的發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)的開發(fā)者。但是，課本上經(jīng)常說他沒用。其實(shí)他的理論可以說是濃縮了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)思想的精華。雖然很多觀點(diǎn)后來被證明是錯的，但真的不能怪他。

進(jìn)化的橫空誕生了

拉馬克死后兩年，一個(gè)被父親形容為懶惰的年輕人登上了英國海軍的小獵犬號。他的主要工作是陪船長聊天解悶，開始全球探險(xiǎn)。五年間，這個(gè)被稱為達(dá)爾文(1809-1882)的年輕人，考察了世界各地的各種動植物，收集了大量化石標(biāo)本，偉大的思想即將誕生。他開始整理觀察記錄，開始系統(tǒng)思考自己充滿疑惑的問題。經(jīng)過20多年的思考和等待，1858年，林奈學(xué)會發(fā)表了一篇由他和另一位博物學(xué)家華萊士署名的論文，但當(dāng)時(shí)并沒有引起太多的討論。1859年《物種起源》一書正式出版，其中關(guān)于自然選擇和漸變的觀點(diǎn)震驚了整個(gè)歐洲，立即被一空搶購一空

天才的毀滅

達(dá)爾文的書出版后不久，布魯姆的牧師孟德爾(1822-1884)也仔細(xì)研究了這本書。這時(shí)，他已經(jīng)在修道院的后院做了兩年的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)。他開始得到優(yōu)秀的品種。在實(shí)驗(yàn)過程中，他發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)于性狀遺傳的有趣現(xiàn)象，他深深地沉浸在其中。經(jīng)過8年的實(shí)驗(yàn)，觀察統(tǒng)計(jì)7個(gè)基因表達(dá)，發(fā)現(xiàn)性狀明顯隱性。F2代顯性與隱性比例為3:1，不同性狀互不干擾。他提出了遺傳因素的概念。他把總結(jié)出來的規(guī)律編成一篇論文《植物雜交實(shí)驗(yàn)》，發(fā)表于1866年，但當(dāng)時(shí)沒有引起其他研究者的注意。此時(shí)達(dá)爾文的進(jìn)化論正受到多方質(zhì)疑，尤其是教會的猛烈抨擊，因?yàn)楫?dāng)時(shí)流行的融合遺傳方法無法解釋進(jìn)化中優(yōu)秀變異的傳遞。后期達(dá)爾文提出泛生論，但沒有給出令人信服的解釋，真正的遺傳規(guī)律被埋沒在喧囂之中。

細(xì)胞學(xué)的啟示

有時(shí)候，一個(gè)科學(xué)問題的解釋需要等待。進(jìn)化中不清楚的遺傳機(jī)制促使研究人員從其他學(xué)科中尋找線索。微孔板技術(shù)的發(fā)展加速了解剖學(xué)和細(xì)胞學(xué)的研究，一些問題慢慢變得清晰。1876年，德國動物學(xué)家赫維奇(1849-1922)發(fā)現(xiàn)海膽受精過程中精子核和卵核融合。1879年，弗萊明(1843-1905)發(fā)現(xiàn)蠑螈表皮細(xì)胞細(xì)胞核中的細(xì)絲可以用堿性染料染色，稱為染色質(zhì)，并提出細(xì)胞分裂時(shí)染色質(zhì)分裂成兩個(gè)并向兩個(gè)子細(xì)胞移動。1883年，當(dāng)貝內(nèi)登(1846-1910)觀察蛔蟲時(shí)，他發(fā)現(xiàn)其精子和卵細(xì)胞的染色體只有體細(xì)胞的一半。在這里，我不得不提到另一位偉大的科學(xué)家:魏斯曼(1834-1914)，德國動物學(xué)家。在他因眼疾不得不停止顯微鏡觀察后，他開始研究遺傳學(xué)。在總結(jié)了當(dāng)時(shí)對核染色質(zhì)的顯微研究結(jié)果后，他大膽推測染色質(zhì)是一種遺傳物質(zhì)，在卵細(xì)胞和精子的成熟過程中必然會發(fā)生染色體的特殊分裂。并提出“種質(zhì)連續(xù)性理論”來解釋遺傳機(jī)制。這一理論為遺傳學(xué)的發(fā)展開辟了道路。

遺傳學(xué)的誕生

1900年，荷蘭的德·弗里斯(1848-1935)和德國的克拉倫斯(1864-1933)通過了各自的植物雜交實(shí)驗(yàn)，得到了與孟德爾相同的結(jié)果。孟德爾的理論終于在發(fā)表35年后從那堆舊論文中被拾起。今年被認(rèn)為是遺傳學(xué)建立并開始發(fā)展的一年。之后遺傳學(xué)就有關(guān)系了。麥克林(1870-1946)提出馬的附著染色體(后稱X染色體)決定雄性，首次提出染色體與生物性狀的關(guān)系；巴特森(1861-1926)和普內(nèi)特(1875-1967)在1906年通過甜豆雜交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了性狀連鎖現(xiàn)象，但他們沒有給出合理的解釋。這一年，巴特森用遺傳學(xué)這個(gè)詞來代表遺傳學(xué)的研究，并于1910年在英國創(chuàng)辦了《遺傳學(xué)雜志》。約翰·盛(1857-1927)提出“純系理論”，用基因一詞表達(dá)孟德爾遺傳規(guī)律中的遺傳因素；1903年，薩頓(1877-1916)和博韋里(1862-1915)分別研究了蝗蟲和海膽，提出了減數(shù)分裂過程中染色體的行為與孟德爾遺傳規(guī)律中遺傳因子的行為平行，一條染色體上有多個(gè)線性分布的基因的推論。這就是博韋里-薩頓染色體理論，并沒有得到有力的證明。

第三定律的發(fā)現(xiàn)

1866年孟德爾發(fā)表《植物雜交實(shí)驗(yàn)》時(shí)，摩根(1866-1945)出生于美國南部。1890年獲得約翰霍普金斯大學(xué)博士學(xué)位，之后在意大利學(xué)習(xí)了一段時(shí)間的實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)。1904年，他接受了威爾遜的邀請(1856-1939)，加入了哥倫比亞大學(xué)動物學(xué)系。他在1909年開始利用果蠅進(jìn)行研究時(shí)，并不認(rèn)同自然選擇理論和孟德爾理論，也不支持威爾遜支持的博韋里-薩頓染色體理論。他贊同德·弗里斯的突變理論，但最終還是承認(rèn)了。經(jīng)過一年多對果蠅的折磨，突變發(fā)生了。他在傳統(tǒng)的紅眼果蠅中發(fā)現(xiàn)了一只白眼果蠅。他將這只雄性白眼果蠅與野生處女雌蠅交配，獲得了1237只紅眼F1后代。這些果蠅交配獲得的F2代中，紅眼雌蠅2459只，紅眼雄蠅1011只，白目雄蠅782只。他觀察到，所有白眼都是男性，也就是說，白眼與性別有關(guān)。為了看白眼是不是只能是公的，他把第一只白眼公蠅和F1母蠅交配，發(fā)現(xiàn)公母都有紅眼和白眼，比例接近。面對事實(shí)，摩根很快采用了孟德爾的推理和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。之后他發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)突變，并在不同類型雜交后代的研究中發(fā)現(xiàn)了連鎖和交換現(xiàn)象。他的工作離不開他三個(gè)學(xué)生的努力。布里奇斯(1889-1938)的眼睛非常敏銳，只用肉眼就能在一堆果蠅中找到突變個(gè)體。唯一的研究生是穆勒(1890-1967)，綜合能力最強(qiáng)。最后要說的:斯特蒂文特(1891-1970)，擁有超高的推演能力，突然想到1911年的某一天。通過從重組的頻率推斷兩個(gè)基因之間的距離，他在一夜之間繪制了世界上第一張遺傳圖譜，其中包括六個(gè)形態(tài)基因座。這篇文章發(fā)表在1913年的《實(shí)驗(yàn)動物科學(xué)雜志》上。到1914年，摩根和學(xué)生發(fā)現(xiàn)的許多基因可以分為四個(gè)連鎖群，對應(yīng)于四組果蠅染色體。到1915年，他們可以用染色體理論完全解釋孟德爾遺傳學(xué)。在通過實(shí)驗(yàn)和理論奠定現(xiàn)代遺傳學(xué)基礎(chǔ)后，摩根、斯特蒂文特、穆勒和布里奇斯發(fā)表了《孟德爾遺傳機(jī)制》，標(biāo)志著這一經(jīng)典遺傳理論的成熟。

繼經(jīng)典遺傳學(xué)之后，分子水平的遺傳物質(zhì)分析將研究人員推向了分子遺傳學(xué)領(lǐng)域，遺傳圖譜也成為了分子水平分析遺傳現(xiàn)象的工具。請繼續(xù)關(guān)注白瑪克的基因，關(guān)注白瑪克群體遺傳學(xué)的精品課程，共同探討遺傳圖譜的開發(fā)。