遗传物质的功能单位

本泽用高分辨的重组定位法，得到了噬菌体T4rⅡ区段内若干个复等位基因呈线性排列的连锁图，一共列出了308个rⅡ突变点。本泽进而发现这些rⅡ突变可分为两大群：A群和B群。分群的标准是在K细胞中能不能出现表型为野生型的噬菌斑。下面用简单的箭头图来代表本泽的几个代表性实验，如：

表示rⅡ＋野生型噬菌体在B菌液中培养，再涂布于K细菌平板，即可分离到rⅡ＋噬菌斑。又如：

表示rⅡ的A群1号突变体在B菌液中培养，再涂布于K细菌平板，没有任何噬菌斑出现。

对比第三组和第四组实验可以发现，不同品系的rⅡ突变型噬菌体如属于同一群，混合感染K细胞是不会形成有感染力的噬菌体的。相反，如属于不同群的rⅡ突变体，即rⅡA和rⅡB混合感染K细胞，则会产生三种不同的噬菌体。这表明rⅡA和rⅡB在K细胞中一是进行了复制，否则不会产生rⅡA和rⅡB这两种亲本噬菌体；二是进行了重组，否则不会产生野生型噬菌体。

那么，在混合感染中究竟是先复制，还是先重组呢？详细分析就会发现有两个证据可表明在混合感染中是先进行DNA复制，然后才在复制了的DNA之间进行重组。证据1，如果复制以重组为条件，就不会出现rⅡA和rⅡB这两种亲代类噬菌体；证据2，如果先重组后复制，那么子代噬菌体的产生应取决于rⅡ突变点之间的距离。事实上，即使两个属于不同群的rⅡ突变点相距甚近，也会在混合感染中产生子裔噬菌体，而两个属于同一群的rⅡ突变，即使相距很远也不会产生子裔噬菌体。如图2-16中，属于A群的rⅡ47和rⅡ106 之间的距离要比分属A群和B群的rⅡ106和r51远得多，但前两者不能产生子裔噬菌体，而后两者却能产生三种不同的子裔噬菌体。

图2-16　T4rⅡ区的顺反子A、B结构简图（引自S.Benzer）

本泽在连锁图中发现，属于A群和B群的突变点分别归于两个亚区，互相并不交错。于是他提出一种假设：分属A群和B群的突变型噬菌体，在K细胞内能发生功能互补而成功地复制各自的DNA，并在复制产生的DNA之间发生重组而导致野生型噬菌体的产生。这个假设认为当rⅡA和rⅡB同时感染K细胞时，对rⅡ区段来讲K细胞是一个杂合的二倍体，它的基因型就可以画作：

就像果蝇中的双杂合体[红眼、残翅/白眼、长翅]能产生红眼、长翅这样的野生型子代一样，[rⅡA、＋/＋、rⅡB]中的rⅡ的A和B的功能也都是完整的，噬菌体在K细胞内是能够复制和增殖的。相反，在[rⅡA、＋/rⅡA、＋]或者[＋、rⅡ B/＋、rⅡ B]的情况下，rⅡ的A或B的功能是缺陷的，而rⅡ的A或B的功能完整是噬菌体DNA复制的必要条件，所以属于同一群的rⅡ突变型噬菌体混合感染不能导致DNA的复制，也就不会发生重组和产生子裔噬菌体（图2-17）。

2-17　噬菌体T4 rⅡ区顺反子A、B之间的互补实验示意（引自盛祖嘉）

图2-17表明属于不同群的突变处于顺式结构和反式结构时的表型是一样的，也就是说属于不同群的突变无论位于同一条染色体（称为顺式结构）还是位于不同的染色体（称为反式结构），它们的功能都是完整的。相反，属于同一群的突变如果处于反式结构时它们的功能都是缺陷的，只有处于顺反式结构时它们中的一个基因的功能才是完整的。本泽把这种现象称为顺反位置效应（cis-trans position effect）。他把A群和B群称为两个互补群，因为它们之间能形成功能互补。属同一互补群的不同突变之间会呈现顺反位置效应，可以将它们划归同一个顺反子（cistron）。顺反子实际上就是遗传物质的基本功能单位，它是一段连续的DNA，这段DNA的完整性是表达功能的必要前提。所以，顺反子就是基因，基因的结构完整性是基因功能表达的首要条件。一个基因内部可以发生突变，也可以发生重组，但就执行某种特定的功能而言，基因是不可分割的基本单位。经典遗传学中“基因是功能、突变和重组三位一体的遗传物质基本单位”这个概念，已经被“基因是保证功能完整必需的一段DNA”所取代。这也就是本泽的研究告诉我们的第三个事实。

顺反子这个概念把基因在物理学上的界限和生物学上的概念统一起来了。基因就是顺反子，它在染色体上所占的位置叫作基因的“座位（locus）”。基因内部发生结构变异的位置称为突变的“位点（site）”。所谓拟等位基因（pseudoalleles）实际上就是一个基因座位的不同位点发生了突变的基因，拟等位基因之间是可以发生重组的。

顺反子概念的提出和确定顺反位置效应的判断性实验，是区分具有相同或相似表型的突变是否属于同一基因的主要依据，它为功能遗传学的研究开拓了新的途径。