为什么“种瓜得瓜,种豆得豆”?科学家们首先把动、植物分解为最小单位——细胞,考察细胞在遗传过程中的作用。细胞虽小,但仍有复杂的结构和功能,进一步“解剖”细胞,把它分成细胞膜、细胞质、细胞核。并分别地研究它们各自对遗传的作用与影响。这时他们了解到影响遗传过程的主要部分在细胞核。接着,科学家们又把细胞核分解为脱氧核糖核酸( DNA )和核糖核酸( RNA ),深入考察它们的功能和特点,结果发现,生物遗传的主要物质是 DNA , DNA 是遗传信息的承担者。那么, DNA 为什么具有这种功能?科学家们更深入地分析后知道,这是由它内部的特殊结构造成的。 DNA 是由四种不同的核苷酸,通过不同的空间排列,形成所谓双螺旋结构,遗传信息就贮存在核苷酸的排列次序中。 DNA 通过自我复制,把遗传信息一代一代传下去,又通过碱基配对决定 RNA 分子中的核苷酸顺序,这叫转录。进而, RNA 分子又以一定顺序相连的三个核苷酸决定着一个氨基酸的排列,也就是说,遗传信息是 DNA 流向 RNA ,再从 RNA 流向蛋白质,从而使生物体得以世代相传,瓜生出来的是瓜而不是豆。这就是分子生物学中所谓“中心法则”的主要内容。然而, 70 年代初,梯明和巴尔的摩分别在两种 RNA 肿瘤病毒中发现一种酶,它能以 RNA 为模板来合成 DNA ,称为逆转录酶,这样 RNA 中的遗传信息可以流向 DNA 了。这说明,在某种情况下, RNA 也可以是遗传信息携带者,遗传信息也可以由 RNA 传递给 DNA 。这就修正和发展了“中心法则”。
逆转录酶的发现解决了 RNA 肿瘤病毒的遗传物质整合于寄主细胞染色体的问题,同时也为重组 DNA ,即基因工程的研究提供了重要的工具酶,有很大的理论意义和实践意义,至此,生物遗传的物质基础及其机理总算基本上弄清楚了。梯明和巴尔的摩也因此获得了诺贝尔奖。
在分子遗传学基础上发展起来的遗传工程,就是用人工方法把一个生物体内载有遗传信息的 DNA 分子分离出来,在体外进行切割、重组和转移等步骤,然后再把它引入另一种生物体内,从而使后一种生物体获得前者所特有的某些遗传特性。目前,运用遗传工程技术,采用大肠杆菌作载体,已能生产出人胰岛素和生长激素,从而获得这些廉价而高效的药物,现已可克隆出牛、羊以及人的器官。