“一个基因一个酶”假设的提出

果蝇代谢的遗传学研究毕竟是困难的，因为高等动植物的性状特征都是通过一系列复杂的分化发育过程而得以表现的，涉及许多尚未阐明的代谢途径。比德尔还想到果蝇与所有的高等真核生物一样，每个性状都受两个等位基因的控制，显性基因常常掩盖了隐性基因的功能缺陷或被改变的异常功能。不久，比德尔回到美国。在斯坦福大学工作期间，他结识了微生物学家塔特姆，听从塔特姆的建议，比德尔改用链孢霉（Neurospora　crassa）作实验材料。对遗传学的实验研究而言，链孢霉和果蝇相比至少有四个优点：①生活世代短，在相当短的时间内能获得大量有性繁殖的子裔；②便于在实验室内培养；③易于辨认和分离代谢缺陷突变个体；④以单倍体世代为主，使突变基因的功能缺陷都能得以表现。这些优点使链孢霉的生化遗传学研究远远地走在了果蝇前面。

比德尔和塔特姆的实验设计非常简单。先用X射线照射正常的链孢霉孢子以增加突变率，获得更多的突变型。然后将处理过的孢子放到相对接合型的原子囊果上进行杂交，从每一个成熟的子囊果取一个子囊孢子，接种在补充培养基上使之发芽生长，然后将这株链孢霉接种到基本培养基，以及含有不同生长因素的补加培养基上做生长测定。如果某个菌株只能在特定的补加培养基上生长，则可推断它是需要该补加成分的营养缺陷型突变菌株。整个实验过程如图1-9。最后还要通过杂交试验中的基因分离情况来确定这个菌株的代谢缺陷确系基因突变所致，进而可以分离得到与这一补加成分相关的营养缺陷突变型菌株。图1-9显示了经诱变、筛选、分离和鉴定，最终获得泛酸合成缺陷突变型菌株的实验过程。

在1941年发表的经典论文中，比德尔和塔特姆还详细分析了维生素B6、维生素B4和对氨基苯甲酸三种营养缺陷突变型菌株，做了生长因素补加量和链孢霉突变菌生长率的定量研究。

在做了许多不同类型营养缺陷型的筛选、鉴定和杂交试验后，比德尔和塔特姆发现每一种营养缺陷都在杂交试验中呈现孟德尔式分离，表明营养缺陷和基因突变直接相关，而且每一种突变都只阻断某一个生化反应。生物化学研究表明，每一种生化反应都依赖于一种酶的催化。由此他们提出：基因突变会引起酶的改变，从而阻断这个酶所催化的生化反应，造成突变型对被阻断的生化反应产物的需要和依赖。这就是“一个基因一个酶”的假设。虽然比德尔和塔特姆是在对加罗德医生的假设一无所知的情况下进行链孢霉研究的，但他们还是谦逊地表示他们只是证实了加罗德等前辈们的卓越思想。

图1-9　链孢霉营养缺陷型突变菌株的筛选和鉴定（改自G.W.Beadle和E.L.Tatum）

除了“一个基因一个酶”这个理论成果之外，比德尔和塔特姆将链孢霉引入生化遗传学研究这件事本身也有十分重要的意义。首先，他们发现了一种能直接通过培养条件的改变来研究基因功能的生物实验系统。其次，他们发现了用X射线或紫外线能直接诱发有性孢子基因突变的生物体。最具重要意义的是，他们第一次把在整个生活史中以单倍体为主的真核生物引入了遗传学分析，克服了由于基因在表达上的显隐性而难以研究隐性突变基因的困难，使基因型和表现型的关系更加直接明白。