果蠅代謝的遺傳學(xué)研究畢竟是困難的，因?yàn)楦叩葎?dòng)植物的性狀特征都是通過(guò)一系列復(fù)雜的分化發(fā)育過(guò)程而得以表現(xiàn)的，涉及許多尚未闡明的代謝途徑。比德?tīng)栠€想到果蠅與所有的高等真核生物一樣，每個(gè)性狀都受兩個(gè)等位基因的控制，顯性基因常常掩蓋了隱性基因的功能缺陷或被改變的異常功能。不久，比德?tīng)柣氐矫绹?guó)。在斯坦福大學(xué)工作期間，他結(jié)識(shí)了微生物學(xué)家塔特姆，聽(tīng)從塔特姆的建議，比德?tīng)柛挠面滄呙梗∟eurospora　crassa）作實(shí)驗(yàn)材料。對(duì)遺傳學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究而言，鏈孢霉和果蠅相比至少有四個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①生活世代短，在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)能獲得大量有性繁殖的子裔；②便于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)培養(yǎng)；③易于辨認(rèn)和分離代謝缺陷突變個(gè)體；④以單倍體世代為主，使突變基因的功能缺陷都能得以表現(xiàn)。這些優(yōu)點(diǎn)使鏈孢霉的生化遺傳學(xué)研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)地走在了果蠅前面。

比德?tīng)柡退啬返膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單。先用X射線照射正常的鏈孢霉孢子以增加突變率，獲得更多的突變型。然后將處理過(guò)的孢子放到相對(duì)接合型的原子囊果上進(jìn)行雜交，從每一個(gè)成熟的子囊果取一個(gè)子囊孢子，接種在補(bǔ)充培養(yǎng)基上使之發(fā)芽生長(zhǎng)，然后將這株鏈孢霉接種到基本培養(yǎng)基，以及含有不同生長(zhǎng)因素的補(bǔ)加培養(yǎng)基上做生長(zhǎng)測(cè)定。如果某個(gè)菌株只能在特定的補(bǔ)加培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，則可推斷它是需要該補(bǔ)加成分的營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變菌株。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖1-9。最后還要通過(guò)雜交試驗(yàn)中的基因分離情況來(lái)確定這個(gè)菌株的代謝缺陷確系基因突變所致，進(jìn)而可以分離得到與這一補(bǔ)加成分相關(guān)的營(yíng)養(yǎng)缺陷突變型菌株。圖1-9顯示了經(jīng)誘變、篩選、分離和鑒定，最終獲得泛酸合成缺陷突變型菌株的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

在1941年發(fā)表的經(jīng)典論文中，比德?tīng)柡退啬愤€詳細(xì)分析了維生素B6、維生素B4和對(duì)氨基苯甲酸三種營(yíng)養(yǎng)缺陷突變型菌株，做了生長(zhǎng)因素補(bǔ)加量和鏈孢霉突變菌生長(zhǎng)率的定量研究。

在做了許多不同類型營(yíng)養(yǎng)缺陷型的篩選、鑒定和雜交試驗(yàn)后，比德?tīng)柡退啬钒l(fā)現(xiàn)每一種營(yíng)養(yǎng)缺陷都在雜交試驗(yàn)中呈現(xiàn)孟德?tīng)柺椒蛛x，表明營(yíng)養(yǎng)缺陷和基因突變直接相關(guān)，而且每一種突變都只阻斷某一個(gè)生化反應(yīng)。生物化學(xué)研究表明，每一種生化反應(yīng)都依賴于一種酶的催化。由此他們提出：基因突變會(huì)引起酶的改變，從而阻斷這個(gè)酶所催化的生化反應(yīng)，造成突變型對(duì)被阻斷的生化反應(yīng)產(chǎn)物的需要和依賴。這就是“一個(gè)基因一個(gè)酶”的假設(shè)。雖然比德?tīng)柡退啬肥窃趯?duì)加羅德醫(yī)生的假設(shè)一無(wú)所知的情況下進(jìn)行鏈孢霉研究的，但他們還是謙遜地表示他們只是證實(shí)了加羅德等前輩們的卓越思想。

圖1-9　鏈孢霉?fàn)I養(yǎng)缺陷型突變菌株的篩選和鑒定（改自G.W.Beadle和E.L.Tatum）

除了“一個(gè)基因一個(gè)酶”這個(gè)理論成果之外，比德?tīng)柡退啬穼㈡滄呙挂肷z傳學(xué)研究這件事本身也有十分重要的意義。首先，他們發(fā)現(xiàn)了一種能直接通過(guò)培養(yǎng)條件的改變來(lái)研究基因功能的生物實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。其次，他們發(fā)現(xiàn)了用X射線或紫外線能直接誘發(fā)有性孢子基因突變的生物體。最具重要意義的是，他們第一次把在整個(gè)生活史中以單倍體為主的真核生物引入了遺傳學(xué)分析，克服了由于基因在表達(dá)上的顯隱性而難以研究隱性突變基因的困難，使基因型和表現(xiàn)型的關(guān)系更加直接明白。