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植物的遗传密码是如何工作的?

俗话说“种瓜得瓜,种豆得豆”,为什么会有这样的结果呢?其实这是对生物遗传现象的生动描述。地球上一切生物,从结构简单的病毒到有智慧的人类,都能将自身的多样性传递给后代,这是生命能够延续、种群得以繁衍的基本保证。以植物为例,自然界存在各种各样的花花草草,品种繁多,形态各异,是什么“东西”决定了每种植物能够将自己的独特特征传递给下一代呢?是“遗传因子”,也就是现在所说的基因。犹如复印机一样,通过复制,基因能把遗传信息传递给下一代,使后代出现与亲代相似的性状。

基因一说可以追溯到19世纪,并来源于植物。1865年,奥地利生物学家孟德尔通过豌豆实验,提出了生物的性状是由“遗传因子”控制的观点。1909年,丹麦科学家约翰森用“基因”这个名词代替了“遗传因子”。1926年,美国著名的遗传学家摩尔根在《基因论》中首次提出了基因学说,即基因决定着一个特定的性状,而且能发生突变和交换。现代科学家认为基因是一种称作为DNA(脱氧核糖核酸)分子上的特定核苷酸排列,即所谓遗传密码,不同的排列代表不同的基因。染色体是装载基因的载体。

基因又是如何决定植物不同的功能和性状的呢?

先要从蛋白质说起,一方面,蛋白质是构成一切细胞和组织结构所必不可少的成分,在生命活动中无处不在。另一方面,在所有生物体内,在各种各样物质的形成过程中,称为“酶”的蛋白质是一类必不可少的化学反应促进物,又称为生物催化剂。不同的酶促进不同的反应过程及其产物,不同的反应过程和产物又决定了生物不同的特性:有的植物高大挺立,有的植物匍匐而生;有的花是红色的,有的花是黄色的;有的果实是甜的,有的果实是苦的,等等。

不同蛋白质或酶的生成是由谁来决定的呢?是基因,是核酸。核酸,包括DNA和RNA(核糖核酸),扮演的是遗传信息存贮和传递的角色。从植物种子萌发到开花直至死亡整个生长发育过程中,植物基因组存储着控制植物完整生命活动的全部“遗传密码”。这些“密码”在特定的时间、地点打开,将特定的遗传信息转换为表现生命活动的蛋白质,从而使植物呈现多样性。

转录是在DNA指导下合成RNA的过程。DNA双螺旋在解旋位点处解旋后,以其中的一条DNA链为模板,在RNA聚合酶的作用下,合成出与其核苷酸序列互补的mRNA

总之,基因控制着蛋白质的合成,从而也决定了植物的特性和功能。从基因到蛋白质包含遗传信息的转录和翻译两个过程,即遗传信息从DNA传递给RNA的转录过程,以及再从RNA传递给蛋白质的翻译过程,这就是现代科学称作为的“中心法则”。植物的遗传密码——基因就是遵循这一生物界的法则运行操作的。