На протяжении XX столетия благодаря совершенствованию методов исследования наши представления о том, что такое ген, как он устроен и какова его функция в клетке и в организме в целом, постоянно развивались.

Существование дискретных единиц наследственности, было постулировано Менделем в его работе «Опыты над растительными гибридами». Анализируя результаты скрещиваний различных линий гороха, он пришел к выводу, что отдельные признаки контролируются некими факторами, которые не исчезают, не сливаются, а комбинируются и проявляются у потомков в определенных численных соотношениях (3:1; 9:3:3:1 и др.). В 1909 г. В. Иогансен предложил называть единицы наследственности генами, совокупность генов организма — генотипом, а их проявление фенотипом.

К середине 20-х гг. XX века, в значительной степени благодаря работам Т Моргана и его сотрудников, сложилось представление о гене, как единице мутации, рекомбинации и функции. В те годы генетический анализ рецессивных мутаций проводился с помощью функционального и рекомбинационного тестов на аллелизм.

Функциональный тест. Функциональное сходство рецессивных аллелей одного гена определялось по проявлению мутантного фенотипа у гетерозигот. Проявление нормального фенотипа у гетерозигот считалось доказательством неаллельности рецессивных мутаций. Однако этот тест оказался недостаточно точным, потому что в отдельных, редких случаях гетерозиготы по аллелям одного гена могут иметь нормальный фенотип. Кроме того, функциональный тест не применим к доминантным аллелям, так как гетерозиготы по нормальному доминантному (+) и рецессивному (а) аллелю одного гена (а /+), также как и гетерозиготы по аллелям различных генов (а/+ b/+), имеют обычно нормальный фенотип.
В конце 40-х годов Э. Льюис предложил более точный и информативный цис-транс-тест для определения аллельности мутаций.

Рекомбинационный тест. Согласно этому тесту мутации признавались неаллель-ными, если между ними происходил кроссинговер. Однако в более поздних исследованиях 40-50-х годов при увеличении разрешающей возможности генетического анализа было показано, что кроссинговер имеет место и в пределах одного гена, хотя и с низкой частотой, измеряемой в сотых и тысячных долях процента. С другой стороны, есть участки хромосом (прицентромерные и прителомерные), в которых кроссинговер между соседними генами затруднен, и поэтому его отсутствие в таких участках не является доказательством аллельности мутаций.

Разрешающие возможности применяемых методов анализа были таковы, что ген можно было определить только, как часть хромосомы, неделимую при возникновении мутаций и в процессе рекомбинации с другими генами.

Однако уже в 1929 г. появились экспериментальные доказательства делимости гена. А.С. Серебровский и Н.П.Дубинин выявили сложное строение гена achaete scute (редукция шетинок). Мутации отдельных участков этого сложного гена вызывают отсутствие разных щетинок. В случае перекрывания этих участков («центров», по терминологии авторов) влокусеясгс у гетерозигот отсутствуют только общие щетинки. У Drosophila melanogaster задний отдел груди scutellum имеет4 щетинки. Если у гомозигот sc2/sc2 отсутствуют щетинки 1,2, 3, а у мутантов sc5/sc5 -2, 3,4, тогда у компаундов, т.е. гетерозштот по аллелям одного гена sc2/ sc5, будут отсутствовать щетинки 2 и 3. Такое явление было названо ступенчатым аллелнзмом.

На примере различных мутаций локуса ас sc авторами было показано, что ген не всегда мутирует как единое целое: мутации могут затрагивать различные его участки. Новаторская идея о делимости гена не сразу получила признание среди генетиков, однако множество данных, полученных на различных объектах, в конце концов убедили генетическое сообщество в том, что ген не является единицей мутации и рекомбинации.

В 1899 и 1901 гг. в различных журналах были опубликованы сообщения А. Гэррода о семейных случаях алкаптонурии (пигментация соединительной ткани, артрит, моча черного цвета). В 1/4 этих семей браки были заключены между двоюродным и братьями и сестрами (двоюродными сибсами), что указывало на рецессивный характер наследования данного заболевания. В 1908 г. А. Гэррод высказал предположение о том, что алкаптонурия обусловлена врожденной ошибкой метаболизма. Идея А. Гэррода о наследственной природе нарушений обмена веществ получила свое развитие в работах Дж. Билла, Б. Эфрусси и Э. Тэйтума. В 30-е г. Дж. Билл и Б. Эфрусси на основании своих работ на дрозофиле пришли к выводу, что мутации блокируют определенные этапы биосинтеза того или иного конечного продукта.

В 50-е гг. Дж. Бидл и Э. Тэйтум, изучая коллекцию УФ-индуцированных мутантов нейроспоры, заключили, что неспособность каждого из этих штаммов синтезировать какую-то определенную аминокислоту связана с наследственным нарушением фермента, контролирующего данный этап биосинтеза. Так было сформулировано важнейшее положение биохимической генетики: «один ген — один фермент». Это положение означает, что один ген кодирует фермент, катализирующий одну из биохимических реакций.

- Читать далее "Молекула ДНК. Открытие ДНК. Генетическая роль ДНК."