遗传信息的现代概念

     基因的本质确定后，人们把视线转移到基因基因传递遗传信息的过程上。在20世纪50年代初，人们移动的基因与蛋白质间似乎存在着相应的联系，但基因中的信息怎样传递到蛋白质上这一基因功能的关键课题在60~70年代才得以解决。   
     （一）中心法则  
     中心法则主要是描述遗传信息是如何在DNA、RNA和蛋白质之间流动的的。从生物学中心法则出发，基因就是DNA分子上的许多个片段。以它们为模板经过转录和翻译能合成一天完整的多肽链。中心法则认为遗传信息流是单项的控制学的发展，由DNA转录给RNA，再由RNA进入细胞质传递、表达为蛋白质。随着科学的发展，人们越来越发觉事情并非如此。1970年，巴尔的摩（D.Baltimore）和特明(H.M.Temin)在致癌的RNA病毒中发现了一种酶，它能以TNA为模板合成DNA，他们称这种酶为依赖RNA的DNA聚合酶，称为逆转录酶。这一发现完善了当事的中心法则，两位科学家因此获得了诺贝尔奖。他们发现有的RNA可以作为DNA复制的模板进行逆转录和存在RNA逆转录酶的实例，说明信息能过反向流动，即由RNA→DNA，改变遗传信息。可以说，“DNA→RNA→蛋白质”的遗传信息流，是生物繁衍后代保持物种稳定的转录信息流；但“蛋白质→RNA→DNA”以及“蛋白质→DNA→RNA”的信息流向，是促使生物不断地适应环境，不断进化的另一个必不可少的重要的信息流。正是由于双向的信息流，才能使生物从低级到高级、从简单到负责、从单一到丰富，从而形成丰富多彩的生命世界。
     （二）中心法则遇到的挑战
     除了传统意义上的遗传信息外，近年来科学家们发现了我大量隐藏在DNA序列之中或之外更高层次的遗传信息，使遗传学家不得不重新审视以前“根深蒂固”的生命科学规律。多年来，分子生物学领域公认的中心法则遇到了前所未有的挑战。目前认为，这些高层次基因组信息主要包括非编码RNA（non-codingRNA）、DNA甲基化和组蛋白共价修饰等表观遗传学信息。表观遗传学是指在基因的DNA系列没有发生改变的情况下，基因功能发生了可遗传的遗传信息变化，并最终导致了表型的变化。它是不符合孟德尔遗传规律的细胞核核内遗传。由此我们可以认为，基因组含有两类遗传信息，一类供生命必需蛋白质的模板，称编码遗传信息，另一类是表观遗传信息，它提供了何时、何地、以何种方式去应用遗传信息的指令。因此，准确的说，现在看来，中心法则不是惊喜、逐一地专递系列信息的通道，而是一个动态的分子遗传信息的加工流水线。  
     （三）遗传编码信息和表观调控信息
      21世纪，生物遗传信息的范围在扩大，遗传编码信息和表观遗传信息成为生物遗传信息的两个支柱。染色质DNA的甲基化是表观遗传信息的主要形式，据称人单倍体基因组有5000万个CpG位点，有“甲基化”和“未甲基化”两种形式，这样就存在巨大的DNA甲基化可能组合，可储存大量的信息。此外，染色质另一组分组蛋白的氨基端发生多组合修饰，可调控其本身进入DNA的通道，不同的组蛋白氨基端修饰，对染色体结合蛋白产生协同或拮抗作用，从而调控染色质转录活动或沉寂状态的动力学转换。
      研究表明，一个细胞的甲基化形式大致代表了该细胞表达特征的蓝图，组蛋白氨基端修饰的组合方式构成“组蛋白密码”。这些信息表达和传递的交叉组合和互相调节，极大地扩大了遗传密码的信息储存。同时，随着功能基因组学和蛋白质组学的发展，人们逐渐认识到蛋白质空间结构的特异性和重要性，基于蛋白质和酶的空间结构特异性决定其作用物、产物的特异性，有人提出“空间密码”的理论，认为蛋白质分子的结构与修饰的模式也能体现病传递核遗传信息，谓之“蛋白质遗传”。此外，尚有“糖密码”的报道等。这些都提示，遗传信息并非仅仅是中心法则所说的信息大分子中的一级序列，大分子“构型”（ocnformation）本身也是一种信息，而且可以是一种遗传信息。因此，基因的概念的外延似乎就因随着遗传信息范畴的扩大而又所拓展。