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基因与遗传信息的概念辨析*

2018-03-27娟卢龙斗

生物学通报 2018年1期
关键词:遗传信息科学出版社核苷酸

刘 瑞 陶 娟卢龙斗

(1 新乡医学院三全学院 河南新乡 453003 2 河南师范大学生命科学学院 河南新乡 453007)

人们对基因的认识最早源自G.J.Mendel的“遗传因子”。1909年,W.L.Johannsen首次创用了“gene”(基因)一词,但其只是一个抽象的符号,随着人们对基因物质载体、DNA的结构模型等的研究和深入了解,经过多次修订,基因被定义为基因组中一段具体的、可以编码蛋白质或RNA的DNA序列[1]。 遗传信息(genetic information)是指生物为复制与自己相同的东西、由亲代传递给子代,或各细胞每次分裂时由细胞传递给细胞的信息,即碱基对的排列顺序(或指DNA分子的脱氧核苷酸的排列顺序)。在高中生物学教材“遗传的物质基础”一章内容中,在大学遗传学、生物化学、细胞生物学、分子生物学等教材部分章节中经常出现基因、遗传信息这2个概念。在个别一些教材中、有的教师在讲课过程中或在一般师生交流的口语表达过程中,也有时运用基因,有时运用遗传信息这2个概念。这2个概念是同义语吗?如果不是同义语,二者区别是什么?这是许多中学生及一些中学生物学教师经常问及的问题。

1 遗传信息和基因为何容易混淆

由于在个别教材中、教师的口语表达中经常会习惯性地说“基因的传递、遗传信息的传递;基因的表达,遗传信息的表达;染色体是基因的载体,染色体是遗传信息的载体;DNA分子中含有大量基因,DNA分子中含有大量遗传信息;基因组中含有成千上万个基因,也含有成千上万种遗传信息;DNA中的一个个基因,DNA中的一个个遗传信息等”。所以,有人认为基因与遗传信息是同义语,是一个概念的2种不同的表达形式。

2 遗传信息和基因不是同义语

根据许多参考书和一些生物学、遗传学词典中的说法,上述观点显然是不对的。基因与遗传信息二者不是同义语,它们各自代表的含义是不同的。“基因”是指具有一定遗传效应的DNA片段。基因强调的是“片段”,在基因组中这种片段数量有限、结构复杂、可长可短;“遗传信息”则指的是以DNA分子中的“序列”或基因片段中的“序列”为呈现形式的信息。遗传信息强调的是核苷酸的排列顺序——序列。在基因组中这种序列是庞大的、谈不上有什么结构。1979年复旦大学编写出版的《遗传学词典》一书中指出:遗传信息指核酸分子的核苷酸顺序所表达的信息[2]。由Daniel L.Hartl和 Elizabeth W.Jones[3]编写,2002年科学出版社影印出版的Genetics:Analysis of Genes and Genomes(Fifth Edition)指出:The DNA could contain genetic information in coded form in the sequence of bases,analogous to letters printed on strip of paper。 由William S.Klug和Michanel R.Cummings[4]编写,2002年高等教育出版社影印出版的Essentials of Genetics(Fourth Edition)指 出 :Genes must contain some sort of information, which, when passed to a new generation,influences the form and characteristics of the offspring;we refer to this as genetic information。2003年科学出版社出版的《现代生命科学进展》中写到:中心法则要点有3个,第1,遗传信息指DNA、RNA的核苷酸序列和蛋白质中的氨基酸序列;第2,从DNA、RNA到蛋白质的遗传信息流向是严格的单程路线;第3,DNA序列与其所转录出来的RNA序列及翻译出的蛋白质中的氨基酸序列有严格的共线性[5]。2005年科学出版社出版的《DNA科学导轮》一书中写到:中心法则指的是遗传信息储存在DNA中,经过RNA翻译为蛋白质。DNA中携带的遗传信息是密码[6]。2005年由杨焕明编写、科学出版社出版的《基因的分子生物学》一书也指出:DNA中的遗传信息是由4种核苷酸单元形成的序列所承载的[7]。2007年科学出版社出版的《基础分子生物学教程》(翻译本)写到:mRNA以核苷酸序列的方式携带着遗传信息,并通过这些信息指导合成多肽链中氨基酸的序列[8]。 由 Hugh Fletccher[9]编写,2009年科学出版社影印出版的Molecules Genetics(Third Edition) 指出:Genetic information is encoded in the base sequence of DNA。江苏教育出版社2009年出版的高中生物学系列教材《遗传与进化》一书也指出:基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表了遗传信息[10]。在以上这些文献中都对遗传信息的概念有所界定,显然,遗传信息与基因不是同义语,而是有联系又有区别的2个基本概念。

3 遗传信息和基因的区别与联系

基因与遗传信息二者之间在多方面有明显的区别。①概念定义。基因指DNA上的一个特异功能片段,遗传信息指这个片段中的核苷酸序列或DNA分子中的核苷酸序列为呈现形式的信息;②存在位置。基因存在于DNA分子中,遗传信息则存在于基因中;③结构组成。基因结构复杂,有各种不同的功能区段,遗传信息则结构简单,仅仅是一个核苷酸序列问题;④存在层面。基因仅仅存在于DNA分子中,遗传信息则存在于DNA分子中、基因中,也可以存在于RNA分子中,甚至也可以说存在于氨基酸肽链中;⑤存在数量。一个基因组中基因的数量是有限的,而可能存在的遗传信息则是无限的。

基因和遗传信息二者是有联系的。如果形象地将基因比作一个盒子,遗传信息就是盒子中的具体东西,如果将基因比作载体,遗传信息就是附着在这个载体上的具体物质。基因中存在遗传信息,是遗传信息的携带者。

综上所述,遗传信息仅指DNA或RNA中的核苷酸序列为呈现形式的信息,与基因不是同一个概念。可以说基因中存在遗传信息,但不能说遗传信息中存在基因;可以说基因上的遗传信息首先通过转录从DNA传到RNA,然后再通过翻译从RNA传递到蛋白质。基因是遗传信息的携带者,RNA是遗传信息的传递者,不能说遗传信息上的基因首先通过转录从DNA传到RNA,然后再通过翻译从RNA传递到蛋白质。不能说遗传信息是基因的携带者,RNA是基因的传递者。所有的遗传学、分子遗传学教材在描写中心法则时,都是遗传信息从DNA流向RNA,从RNA传递给蛋白质(有的是RNA),后则转化为产物(性状的体现者),从来都没有基因从DNA流向RNA,从RNA流向蛋白质的说法。因此,一些遗传学相关教材编写中、教师上课及与学生口头交流过程中要严格区分这2个概念,在表达不同的内容时应该谨慎使用这2个概念。

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