幾乎所有人，至少在接受公共教育或接觸各種形式媒體的社會中，都被引入了基因的概念，但“暴露并不等同于理解”(參見Lanie等，2004) 。在這里，我將論證問題的一部分是遺傳學(xué)教學(xué)(或更現(xiàn)代的術(shù)語，基因的分子生物學(xué)及其在生物過程中的作用)沒有跟上我們對生物學(xué)分子機(jī)制的理解的進(jìn)展。過程(Gayon，2016)。

讓我們(暫時)反思一個基因概念的發(fā)展：在人類歷史的過程中，那些一直關(guān)注這些事物的人已經(jīng)注意到有機(jī)體似乎有“類型”，生物學(xué)家指的是作為物種。同時，相同類型的個體生物彼此不相同，它們以各種方式變化。而且，這些差異可以代代相傳，并通過控制哪些生物一起繁殖;一些產(chǎn)生的后代經(jīng)常顯示出“選定”特征的更極端版本。通過嚴(yán)格控制哪些個體一起繁殖，經(jīng)過多代，人們能夠選擇他們想要的特定性狀(→)。有趣的是，人們馴養(yǎng)動物，如奶牛和山羊，相關(guān)資源(例如牛奶)的可用性導(dǎo)致相互影響 - 導(dǎo)致成人乳糖耐受性等特征(參見(成人)乳糖耐受性的演變和Gerbault等，2011)?？偟膩碚f，植物和動物繁殖的過程通常相當(dāng)苛刻(反對轉(zhuǎn)基因生物的奇怪品種的鴿友可能會反思)，因為沒有顯示出所需特征的個體通常被破壞(或者最多，不允許繁殖)。

查爾斯·達(dá)爾文從這個過程中獲取靈感，用“自然”代替人工(人為決定)選擇來塑造種群，最終產(chǎn)生新物種(達(dá)爾文，1859年)。這種進(jìn)化過程的基礎(chǔ)是假設(shè)特征及其變異被“編碼”在某種類型的“因子”中，最終被稱為基因及其變體，等位基因。基因影響了生物體的分子，細(xì)胞和發(fā)育系統(tǒng)，但這些遺傳因子的性質(zhì)和活體系統(tǒng)中活躍的分子性狀構(gòu)建機(jī)器或多或少完全模糊不清。

通過他對豌豆的研究，Gregor Mendel是第一個使用高度刻板的，基本上不連續(xù)的特征清楚地確定這些遺傳因素行為的一些規(guī)則 - 豌豆是黃色或綠色，皺紋或光滑。這些特征雖然存在于其他生物體中，但事實上并不罕見 - 例如，對特殊情況的科學(xué)探索如何有助于理解一般過程，但缺點是基因和特征在某種程度上不連續(xù)的觀念的公布 - 特征是是/否，由有機(jī)體顯示或不顯示 - 與兩者之間的聯(lián)系復(fù)雜的現(xiàn)實相反，在大多數(shù)入門遺傳學(xué)課程中很少直接解決(顯然)現(xiàn)實。理解這些過程對于認(rèn)識到遺傳通常不是命運這一事實至關(guān)重要，而是概率的改變(參見Cooper等，2013)。如果沒有這種更細(xì)致和現(xiàn)實的理解，就很難理解遺傳信息。

基因是分子機(jī)器的一部分：許多觀察結(jié)果將達(dá)爾文和孟德爾遺傳因子的抽象轉(zhuǎn)化為物理實體和分子機(jī)制。1928年弗雷德格里菲斯證明了遺傳特性可以從死亡轉(zhuǎn)移到生物體 - 這意味著一定程度的物理/化學(xué)穩(wěn)定性;隨后的觀察暗示轉(zhuǎn)移的遺傳信息涉及DNA分子。雙鏈DNA結(jié)構(gòu)的確定立即表明信息如何存儲在DNA中(沿著分子長度的堿基變體)以及如何復(fù)制這些信息(基于堿基配對的特異性)。突變可以被理解為沿DNA分子的堿基序列的變化(由化學(xué)物質(zhì)，輻射，復(fù)制期間的錯誤或與DNA修復(fù)機(jī)制和自私遺傳元件相關(guān)的分子重組引入)。

但就其本身而言，DNA分子是惰性的 - 它們僅在活生物體的背景下具有功能(或高度人工的，即人造的，實驗系統(tǒng))。下一個關(guān)鍵步驟是了解基因如何在生物系統(tǒng)內(nèi)工作，即在生物體內(nèi)。這包括了解識別特定DNA分子的哪些片段用作RNA分子合成模板的分子機(jī)制(主要是蛋白質(zhì))，這反過來可用于指導(dǎo)多肽的合成(參見前面關(guān)于多肽和蛋白質(zhì))。在我熟悉的入門生物學(xué)課程的背景下(如果我錯了，請告訴我)，這些過程基于一個相當(dāng)確定的背景;基因在特定細(xì)胞類型中開啟或關(guān)閉，導(dǎo)致存在或不存在特征。這種確定性的表述忽略了分子水平過程的隨機(jī)性(見過去的帖子：根據(jù)單細(xì)胞/分子研究的生物學(xué)教育)和構(gòu)成細(xì)胞行為的動態(tài)相互作用網(wǎng)絡(luò)。

但我們的分辨率正在迅速變化。出于多種實際原因，當(dāng)人類基因組是第一序列時，多肽編碼基因的鑒定基于識別編碼長度> 100個氨基酸的多肽的“開放閱讀框”(ORFs)(> 300堿基長編碼)序列)?；谫|(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)研究的靈敏度增加表明存在較小的ORF(smORF)并且可導(dǎo)致短(<50個氨基酸長)多肽的合成(Chugunova等，2017; Couso，2015)。通常，ORF被認(rèn)為是單個實體 - 基本上一個基因一個ORF一個多肽。最近一個相當(dāng)令人驚訝的發(fā)現(xiàn)是所謂的“替代ORF”或altORF;這些RNA分子使用替代閱讀框來編碼小多肽。這種altORF可位于上游，下游或之前鑒定的常規(guī)ORF內(nèi)(圖→)(參見Samandi等，2017)。特別是對于分析基因變異如何與性狀相關(guān)的含義是基因的變化，突變甚至實驗性刪除，這是一系列實驗研究中的常用方法，可以做得比以前假定的要多得多 - 不僅目標(biāo)ORF受到影響，而且各種altORF也可以被修飾。

當(dāng)使用RNA通過翻譯過程指導(dǎo)多肽合成的既定規(guī)則被違反時，情況進(jìn)一步復(fù)雜化，如所謂的“重復(fù)相關(guān)的非ATG(RAN)”多肽合成(參見Cleary和Ranum) ，2017)。在這種情況下，用于開始RNA指導(dǎo)的多肽合成的正常信號(AUG密碼子)被顛覆 - 使用其他RNA合成起始位點導(dǎo)致潛在的或嵌入的基因表達(dá)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該過程與一類人類遺傳疾病相關(guān)，例如肌萎縮側(cè)索硬化(ALS)和額顳葉癡呆(FTD)，其特征在于簡單(重復(fù))DNA序列的擴(kuò)增(參見Pattamatta等，2018)。一旦超過一定長度，這種“重復(fù)”已發(fā)現(xiàn)這些區(qū)域與兩個方向上(顯然)不適當(dāng)?shù)腞NA轉(zhuǎn)錄相關(guān)，即使用兩條DNA鏈作為模板(←A：正常情況，B：重復(fù)結(jié)構(gòu)域擴(kuò)增后)。通過RAN過程翻譯這些異常重復(fù)區(qū)RNA以產(chǎn)生六種不同類型的毒性多肽。

那么控制各種類型的altORF轉(zhuǎn)錄和翻譯的分子因素是什么?在ALS和FTD的情況下，似乎其他基因以及它們編碼的多肽和蛋白質(zhì)參與調(diào)節(jié)重復(fù)相關(guān)RNA的表達(dá)(Kramer等人，2016)(Cheng等人，2018)。其他神經(jīng)退行性疾病可能涉及相似或不同的機(jī)制(Cavallieri等，2017)。

那么所有這些分子細(xì)節(jié)(以及可能有更多被發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌)應(yīng)該如何影響基因呈現(xiàn)給學(xué)生?我認(rèn)為DNA應(yīng)該作為基質(zhì)存在，在其上發(fā)生各種分子機(jī)制;這些包括各種形式的轉(zhuǎn)錄(定向和嘈雜)，以及DNA合成，修飾和修復(fù)機(jī)制。基因不是靜態(tài)對象，而是動態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。這可能是經(jīng)典遺傳學(xué)(即在簡單的孟德爾(基因到特質(zhì))框架內(nèi)呈現(xiàn)的基因)應(yīng)該更深入地進(jìn)入課程的原因之一，在課程中，學(xué)生具有理解其復(fù)雜性，復(fù)雜性所需的分子機(jī)制的背景。多分子機(jī)器用于訪問，修改，