大多数人认为基因必须由蛋白质构成，因为核酸被认为太简单，无法携带遗传信息。 艾弗里一生都在研究肺炎球菌和细菌性肺炎。格里菲斯发现，在小鼠体内同时注射热杀死的带毒细菌，可以实现非带毒菌株的转化。艾弗里的实验室成功地在试管中实现了转化，但花了很多年才建立起一种可靠的检测方法，并最终纯化出产生这种效应的分子，原来是 DNA。 虽然这项工作已广为人知，但大多数科学家并不相信这一现象的普遍意义。此外，许多生物化学家认为，即使是纯化的 DNA 也受到了蛋白质的污染。最后，转化是一个非常低效的过程，而且转化的机制多年来一直是个谜。 赫希和蔡斯的工作最终使科学界相信基因是由 DNA 组成的。 我们现在认识到，通过转化进行 DNA 交换是非常普遍的，至少参与了细菌物种之间的 DNA 水平转移，而且是进化的一个相当大的加速器

变异的起源是达尔文主义支持者和拉马克主义支持者激烈讨论的一个领域。主要的问题是确定一种实验方法，以明确区分随机发生的变异和用于揭示变异存在的选择性因子引起的变异。在细菌对噬菌体的溶菌作用产生抗药性的情况下，这两种假说被称为 "变异免疫 "和 "获得性免疫"。卢里亚和德尔布吕克意识到，在不同的平行培养物中观察到的抗性细菌数量的变化与突变假说密切相关。理论物理学家和细菌学家之间的这一特殊合作是跨学科工作的完美范例，当时这两个 "敌人外星人 "正在美国工作。 当时，人们甚至不清楚细菌是否有基因，大多数细菌学工作只是描述性的。定量方法的使用让作者解决了这个问题。波动测试是计算突变率的一个非常强大的工具。 不久之后，纽科姆做了一个简单而优雅的实验，证明在克隆扩增时检测到的抗性细菌数量的增加既反映了原有突变体的扩增，也反映了新突变的不断发生。

当发现 DNA 是遗传物质时，人们还不知道这种分子如何携带信息。因此，DNA 的结构变得至关重要。威尔金斯（M. Wilkins）和富兰克林（R. Franklin）获得的 X 射线图像只能提供一个粗略的图像，即使是拥有最清晰衍射数据的富兰克林，也无法确定分子包含两条还是三条链。鲍林、沃森和克里克都使用已知核间距（键长）和键角的分子模型来预测结构。鲍林的模型由于使用的是质子化形式的磷酸，因此几乎不符合实际情况，而沃森和克里克提出的模型则认为 DNA 由一对 DNA 链组成。此外，该模型还表明，任何核苷酸序列都可以被容纳在该结构中。第一篇论文中唯一涉及的核心生物学问题是复制，而那句著名的话实际上只不过是优先权要求而已。第二篇论文讨论了更多的生物学问题。人们假定碱基配对足以解释复制的保真度。DNA 聚合酶在复制保真度中的重要性首先由 Speyer 证明。

在本泽尔的实验之前，大多数基因图谱绘制都需要对杂交后代进行筛选，以计算重组频率。噬菌体 T4 的 rII 系统的强大之处在于，通过对允许宿主菌株上的斑块形态进行评分，可以识别出许多独立的突变体，而且只有野生型重组子才能在限制性宿主菌株上生长。再加上 T4 DNA 的重组率非常高，因此可以检测到影响相邻核苷酸的突变之间的重组。 顺反互补试验表明，rII基因座由两个基因组成。本泽利用 100 多个不会恢复到野生型的缺失突变体，首次证明了 DNA 的拓扑结构是线性的。利用这些缺失突变体，他将 rIIA 和 rIIB 基因分成 47 个片段。通过一个非常简单和快速的重组测试，他绘制出了单个片段中的数千个点突变体，包括独立突变体和诱导突变体。该图谱与通过经典重组试验费力绘制的图谱完全一致。该图谱的地形具有惊人的非随机性，其中一些位点发生突变的几率是其他位点的100倍，被称为热点。诱变后检测到的位点谱也截然不同。现在已经知道，大多数自发的 rII 突变体都是框架偏移，即增加或删除一个或几个碱基对，从而破坏 mRNA 向蛋白质的翻译。与此相反，这项工作中使用的大多数诱变剂都会诱发碱基置换，通常不会阻止翻译。现在 rII 基因座的序列已经已知，图谱的饱和度大约为每 8 个核苷酸一个突变。

Benzer 和 Champe 研究了覆盖 rIIA 和 rIIB 之间边界的缺失的特性。不出所料，在感染非许可菌株时，它们中的大多数都不能提供这两种功能。然而，有一个缺失点非常不寻常，即使它缺少 10% 的 rIIB 位点，仍能提供 rIIB 功能。在讨论中，作者提出了色氨酸合成酶等双功能酶的概念。在细菌中，两种催化活性由相邻酶编码的单个蛋白质完成。在真核生物中，两个反应都由一个蛋白质完成：第一个反应的产物不会扩散出去，而是 "漏斗状 "进入第二个活性位点。克里克等人在论文一开始就提出了密码必须是非重叠的证据。布伦纳提供的证据之一就是后来生物信息学的奠基工作。他们从单个 rIIB 框移突变（现在已知是增加了一个碱基对，从而移位了 mRNA 的阅读框）入手，分离出许多能恢复 rIIB 功能的基因内抑制突变。原始突变用 "+"表示，其抑制突变用"-"表示。然后，他们分离出了这些抑制剂的抑制突变体，而这些抑制突变体本身又是 + 突变体。所有经测试的两个 "+"和两个"-"突变组合都缺乏 rIIB 功能。一个 + 突变体和一个 - 突变体的大多数组合都具有 rIIB 功能；其他组合被认为是在两个框架转换之间产生了一个终止密码子。最后，一些三重突变体被证明具有 rIIB 功能。他们利用融合了两个 rII 基因的不寻常缺失来证明，位于融合基因 rIIA 部分的移帧突变会取消其 rIIB 功能。最简单的解释是，+ 突变体多一个（或少一个）碱基对，- 突变体少一个（或多一个）碱基对。虽然编码的一般性质是每个氨基酸 3n 个碱基对，但他们认为编码是三个字母而不是六个字母。

无义或终止密码子的存在是由某些（+-）双突变体组合的突变表型引起的（见上一环节）。本泽尔观察到，某些rII突变体在某些限制性菌株中表现为野生型，例如，这些菌株不允许rII缺失突变体和框移突变体生长；他把这些突变体称为矛盾rII突变体，把这些菌株称为抑制菌株。在第一篇论文中，他再次使用了在保留 rIIB 功能的同时融合 rIIA 和 rIIB 的缺失。rIIA N 端区域的碱基类似可逆突变与缺失相结合。其中一些突变被称为错义突变，不会影响融合基因的 rIIB 功能。与此形成鲜明对比的是，其他突变在限制性菌株中取消了其 rIIB 功能，而在抑制性菌株中则没有。这项工作的主要结论之一是，遗传密码受生物体本身的基因控制。布伦纳讨论了在几个细菌和病毒系统中观察到的结果，这些结果描述了无义突变及其细菌抑制因子。他们提出了琥珀色和赭色突变的统一命名法。他们发现，琥珀色抑制因子只能抑制琥珀色突变，而赭色抑制因子通常很弱，但能同时抑制琥珀色和赭色突变。使用不同抑制剂所得到的不同结果，可以用每种抑制剂插入的氨基酸的性质以及上下文的影响来解释。这项工作中使用的主要诱变剂是羟胺，它可以改变 C 残基，使其在转录和复制过程中被识别为 T。由于 rII 基因必须在复制前表达，因此只有当修饰的 C 出现在转录的 DNA 链上时，才会产生作用。他们用羟胺证明，无论是琥珀色突变体还是赭色突变体，都不能立即或在允许菌株上生长一个周期后用羟胺诱导其恢复。由于赭色突变体可以通过 2-氨基嘌呤（一种碱基类似诱变剂）转化为琥珀色突变体，因此这两个密码子必须有两个共同的碱基（UAx），而第三个碱基（UAG 与 UAA）之间存在过渡差异。 在对羟胺诱导的前向琥珀色和赭色突变的精彩追寻中，他们发现这两个密码子必须有一个 U 和一个 A。这一遗传数据与对抑制琥珀色突变体或诱变剂诱导这些突变体逆转所产生蛋白质的生化研究相结合。这些数据完全符合 Nirenberg 等人对密码的生化破译。

噬菌体 T4 是第一个描述了所有重要基因的生物。之所以能做到这一点，是因为利用了几乎所有基因都可能发生的两种条件致死突变。琥珀突变引入了 UAG 终止密码子。有两个因素促成了琥珀突变的普遍使用。许多从 K-12 原始菌株衍生出来的菌株都带有琥珀色抑制因子，而且其效率非常高。温度敏感突变只允许在允许温度下生长。它们出现在大多数蛋白质中，这些蛋白质在限制性温度下展开，通常会被降解；它们还出现在 tRNA 基因中，通过阻止碱基配对来破坏结构的稳定性。对在非允许条件下感染的细胞进行了生物化学和电子显微镜分析。能阻止病毒 DNA 复制的突变都能阻止病毒成分的合成；这些突变确定了 T4 早期基因。结构基因的突变允许 DNA 复制，但会阻止一种或多种噬菌体成分的出现。然而，头部基因突变可形成尾部和纤维，反之，尾部突变体可积累头部和纤维。当噬菌体颗粒与含有纤维但无头部（或无尾部）的提取物一起培养时，这些成分会迅速、自发、高效地重新组合，产生具有传染性的病毒颗粒。形成突变感染的提取物可分为头部供体和尾部供体。在所有情况下，活性病毒的基因型都是由头部决定的，这是意料之中的。这些实验有助于确定噬菌体 T4 的组装过程：三条独立的组装线（头部、尾部和纤维）汇合形成感染性病毒。这些实验还为噬菌体结构成分的纯化提供了一种功能测试方法。

尽管人们曾多次尝试识别细菌中的重组，但只有当莱德伯格和塔图姆开始使用具有多种辅助营养需求的菌株时，原营养还原才得以充分减少，从而能够明确检测到重组体。最初的 K-12 菌株带有 F 外显子，这是一种编码细胞间 DNA 转移所需的全部功能的质粒。幸运的是，从 K-12 衍生出的许多菌株都失去了 F 外显子，可以接收供体菌株的 DNA。这种后来被称为共轭的 DNA 交换系统与转化系统之间的区别已被清楚地证明。卡瓦利-斯福尔扎（Cavalli-Sforza）和海斯（Hayes）分离出了 Hfr 雄性菌株（重组频率高），这对染色体制图来说是一个巨大的进步。事实上，现在可以获得可重复的重组频率。沃尔曼和雅各布使用搅拌器分离交配对，从而确定了特定标记从供体转移到受体所需的最短接触时间。 当交配涉及一株λ噬菌体溶原性菌株时，哪一株是溶原性菌株会产生显著差异。当受体菌株具有溶原性时，交配细胞不会发生任何变化。相反，当供体菌株溶解时，受体开始高效率地产生病毒颗粒。在这一系统中，50% 以上的受体在交配时可被诱导产生噬菌体。最后，在电子显微镜下可以观察到足够频繁的交配对，并在受体细胞和供体细胞之间检测到一个小的细胞桥。

当细菌在葡萄糖和另一种糖（如乳糖）的存在下生长时，它们首先使用葡萄糖。当葡萄糖耗尽时，它们会在短暂滞后后开始使用第二种糖。这种现象称为适应。在双糖生长的第一阶段，乳糖代谢酶基本上不存在，而在有乳糖存在的情况下，它们会被诱导出来。有一种突变体，称为乳糖构成突变体，始终表达 β-半乳糖苷酶。莫诺和他的同事利用共轭作用确定了酶的合成及其诱导机制。他们发现，共轭作用只涉及遗传物质从供体向受体的转移，而细胞质的转移则无法检测到。将野生型乳糖区转移到组成型但缺乏 lacZ 基因的受体后，受体开始组成型表达 β-半乳糖苷酶。两小时后，在没有诱导剂的情况下，酶的积累停止，但在有诱导剂的情况下，酶的积累继续，这表明细胞现在已经获得了野生型诱导表型。在这些细胞中确实发生了重组，但重组对乳糖表型的影响不大。lac 基因的控制与噬菌体 λ 的溶菌作用之间的相似性有助于说服作者相信他们的发现具有普遍意义。在雅各布等人的短文中，作者能够使用稳定的部分二倍体。他们在算子中分离出了另一类组成突变体。大多数组成型突变映射到控制抑制因子（一种调节基因）合成的 i 基因上，它们是隐性的。相比之下，操作者的突变在顺式中是显性的。虽然启动子的存在可以解释 "生理缺失 "的表型，但后来证明这些是极性的 lacZ 突变体，它们阻止了邻近的 lacY 基因的表达。在短短的两年时间里，作者构建了一套广泛的基因表达负调控理论。许多乳糖类似物可以将诱导与底物利用分离开来，这极大地促进了对乳糖系统的研究。乳糖抑制因子的特性引出了异位基因的概念。

由 Lwoff 和 Guttman 撰写的溶菌酶现代史的主要起点没有英文版。我们将从贝尔塔尼对携带 3 个溶菌原体的大肠杆菌 Li 菌株的研究开始。每种噬菌体都可以独立于其他两种噬菌体被诱导，自发诱导的相对速度取决于细胞的生理状态。贝尔塔尼设计了一种检测单次猝发的方法，可以计算出诱导率约为每 50000 个细胞每代 1 次，这个诱导率远远低于卢沃夫（Lwoff）在巨细胞噬菌体噬菌体中观察到的诱导率。这种表型的抑制因子主要分为两类：基因 O 或 P 突变会阻止噬菌体的复制，而 x 突变会阻止包括 O 和 P 的早期操作子的表达。如果将细胞在高温下培养几代，然后再回到抑制因子可以活跃的允许温度下，x 突变体就会慢慢恢复免疫力，而 O 和 P 突变体则永远没有免疫力。我们现在知道，x 突变体使包含 O 和 P 的早期操作子失活。x 突变体的表型是隐性的，首次证明了 x-O-P 操作子中的一个新基因--Cro。不产生 Cro 的突变体已被分离出来。与优先开启溶菌程序的野生型噬菌体不同，cro突变体无法形成斑块，因为溶菌是优先程序。Cro 还抑制另一个早期操作子，因为在 x 和 cro 突变体中，其表达量都有所增加

阿拉伯糖系统首次证明了基因表达的正向调控。第一个 araC 突变体不合成相邻 araBAD 基因编码的任何分解酶。它们也不能表达主要的阿拉伯糖渗透酶 AraE，而 AraE 基因位于细菌染色体的另一侧，远离 araCBAD 基因座。在本文中，Engelsberg 等人分离并鉴定了组成型突变体。他们首先证明了所有 araC 构成型突变体和阴性突变体都映射到同一个基因上。他们证明了所有测试的阿拉伯糖酶的协调表达，包括位置较远的渗透酶；这种表达是特异性的，因为与之无关的酶和葡萄糖渗透酶的水平不受影响。利用部分二倍体，他们发现 araC 阴性突变体对正常基因和组成型突变体都是隐性的。这项开创性的工作将与目前已知的阿拉伯糖酶的调控机制相结合，包括 AraC 也是一种抑制因子，而且抑制涉及到遥远位点之间的 DNA 循环。