遗传物质的探索历程
“遗传物质是什么”的研究主要集中在20世纪20—40年代，最具代表性的三个实验是：格里菲斯的小鼠体内转化实验、艾弗里的体外转化实验、赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验。
1928年，英国的细菌学家格里菲斯发表了肺炎链球菌转化实验的结果。肺炎链球菌是一种常见的致病菌，能使人得肺炎或其他呼吸系统疾病，而小鼠感染会得败血症死亡。肺炎链球菌可分为光滑型（S型）和粗糙型（R型）两种类型。S型菌体有多糖荚膜，形成的菌落光滑，不容易被机体自身的防御系统识别，所以致病力强；R型菌体外部无荚膜包被，形成的菌落粗糙，致病能力弱，不会引起感染。格里菲斯的实验分为五组，第一组给小鼠注射R型活菌，结果发现小鼠不会死亡；第二组给小鼠注射了S型活菌，结果小鼠死亡；第三组给小鼠注射了加热杀死的S型细菌，结果小鼠不死亡；第四组给小鼠注射加热杀死的S型细菌和活的R型细菌，结果小鼠死亡，而且通过解剖，在死亡的小鼠体内提取到了活的S型细菌。格里菲斯认为，已被杀死的S型菌能使R型菌获得产生荚膜的能力，从而产生了致病性。通过本实验，格里菲斯观察到了遗传的转化现象，这本是个伟大的发现，但很可惜，他没有关注造成这种转化的物质基础，所以没有再做深入研究。
图3-21 格里菲斯
图3-22 格里菲斯的经典转化实验
1931年，美国著名的生物化学家艾弗里（图3-23）所在的研究小组设计了肺炎链球菌体外转化实验，他们首先用S型细菌的提取物与R型活细菌混合进行转化实验，并获得成功。他们认为S型细菌中的某种物质能够使R型细菌发生遗传转化，并把这种物质称为“转化因子”，虽不知道具体是什么，但已在遗传物质研究的道路上有了很大的进步。1935年起，艾弗里和他的两位同事开始研究转化因子。实验设计的思路是：将细胞提取物用不同种类的酶进行处理后，再与R型活细菌混合培养，观察R型菌是否转化为S型菌。若发生转化，则说明被酶解的物质不是转化因子；若没发生转化，则说明被酶解的物质是转化因子。具体操作分为五组，第一组没有做任何处理，作为对照组，发生了转化；第二组，将S型细菌提取物用蛋白酶处理后，结果还能够发生转化；第三组，用RNA酶处理后，发现能够转化；第四组，酯酶处理，仍然能够转化；第五组，经DNA酶处理后，结果不能转化。实验显示只有DNA酶能阻止转化，这说明被DNA酶消化分解的DNA可能就是细胞提取物中有活性的转化因子。接着他们对转化因子的理化性质进行了分析，发现转化因子与DNA非常相似。但是当时人们对“四核苷酸假说”深信不疑，而且艾弗里实验中的核酸提取物纯度不够，其中含有少量的蛋白质，所以，很多科学家并不认同艾弗里的实验结论。(https://www.daowen.com)
图3-23 艾弗里
美国冷泉港的噬菌体研究小组受到艾弗里工作的影响设计了一系列实验，对遗传物质的化学本质进行了更加深入的研究，其中赫尔希和蔡斯用同位素标记的T2噬菌体为实验材料，设计了噬菌体侵染细菌的实验，通过同位素示踪技术研究其侵染宿主细菌的过程。实验过程如下：①将宿主大肠杆菌分为两组，一组用含32P的培养基培养，一组用含35S的培养基培养，使大肠杆菌含有32P或35S；②分别用这两种大肠杆菌来培养T2噬菌体，得到32P标记DNA的噬菌体和35S标记蛋白质的噬菌体；③分别用含32P的噬菌体和35S的噬菌体与未被标记的大肠杆菌混合，保温一段时间后，搅拌，再离心；④检测两组实验的上清液及沉淀中的放射性。通过实验发现被侵染的细菌内含有放射性标记的DNA，而细菌外面噬菌体的残留物中有放射性标记的蛋白质。该实验结果说明DNA是遗传物质。1952年，赫尔希和蔡斯公布了实验的结果，彻底推翻了“四核苷酸假说”。
图3-24 T2噬菌体侵染细菌的实验
1955年，来自加州大学的德裔美籍生化学家弗兰克尔·康拉特和生物物理学家威廉斯用烟草花叶病毒（TMV）为实验材料进行研究，他们首先用苯酚溶液对TMV进行震荡处理，使蛋白外壳与RNA分离，然后用RNA和蛋白质分别感染烟草，结果发现，RNA可以感染烟草并使烟叶出现烟草花叶病的症状，蛋白质却不能，而且在病斑中分离出了正常的烟草花叶病毒。接着他们又用车前草病毒（HRV）与烟草花叶病毒（TMV）共同进行实验研究。首先分别将TMV和HRV这两种病毒的蛋白外壳和RNA分离，然后用TMV的RNA与HRV的蛋白质外壳重新组建了杂合的新病毒，再用这种病毒感染烟草，烟叶上出现了典型的TMV病斑，并且从中分离出来的子代病毒也是TMV病毒（即RNA和蛋白质都是TMV的）。反之，用HRV的RNA与TMV的蛋白质外壳进行重建的病毒的后代都是HRV病毒。这个实验很好地证明了RNA也可以作为生物的遗传物质。