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“死菌复活”之谜
1928年，英国医学微生物学家格里菲斯（F·Griffith）发现肺炎球菌的转化现象。肺炎球菌有两种类型，一种是菌体细胞外包有多糖荚膜从而可以致病的类型，许多这样的细菌集结在一起形成的菌落是光滑的（smooth），所以称作S型；另一类型不具荚膜也不致病，它的菌落是粗糙的（rough），称作R型。格列菲斯把加热杀死的S型与不能致病的R型细菌混和注入到小鼠体内，结果小鼠致病而死。将死鼠体内分离出的细菌进行体外培养，发现其中有大量的S型活菌。难道S型致病菌复活了吗？
这是一个令人困惑的结果。R型活菌或S型死菌分别注入小鼠体内，都不会致病，而两者混和注入却致病了。这一结果暗示S型死菌与R型活菌之间发生某种作用，从而使R型活菌转变为S型的，而且这种转变可以遗传（因为体外培养物中有大量S型活菌）
这个实验也可以在体外进行。将S型死菌的无细胞提取物加入R型活菌的培养基中，也可检测出S型活菌。这里，S型细菌已不具备细胞结构，不可能“复活”。那么，对实验结果的解释只可能是R型活菌在S型死菌无细胞提取物的作用下发生了转化（transformation）；S型细菌中存在一种可遗传因子导致R型活菌转化为S型。这个因子被称为转化因子。
这个导致R型细菌发生遗传转化的因子，其化学本质究竟是什么？这个问题，与遗传学家提出的“基因的化学本质是什么？”实质上是同一个问题。
艾弗里的发现
在格里菲斯发现肺炎球菌的遗传转化现象之后不过数年（30年代初），加拿大生物化学家艾弗里（O·T·Avery）领导的一个研究小组便开始探寻转化因子。他们把S型死菌的无细胞提取液进行分离，然后再检测各种分离组分的转化活性，发现只有DNA（而不是蛋白质）具有转化因子的作用。1944年，他们非常谨慎地发表他们的结果（论文中与艾弗里同时署名的还有麦克劳德（C·MacLeod）和麦卡蒂（M·McCarty）），确认脱氧核糖核酸是肺炎球菌的转化因子。
他们列举了六点证据：（1）纯化的具有高度活性的转化因子，其化学元素分析与计算出来的DNA组成非常接近；（2）纯化的转化因子在光学、超离心、扩散和电泳性质上与DNA相似；（3）其转化活性不因抽提去除蛋白质或脂类而损失；（4）可以破坏、消化蛋白质的胰蛋白酶和糜蛋白酶不影响其转化活性；（5）分解、消化核糖核酸（而不是消化分解脱氧核糖核酸DNA）的核糖核酸酶对转化活性无影响；（6）相反，在加入分解、消化DNA的DNA酶后，转化活性即行丧失。
艾弗里等人的工作是艰苦卓绝的。1943年5月，艾弗里给他的兄弟罗伊（Roy Avery，一位医学微生物学家）写信说：“近两年来，我先与麦克劳德，现在又与麦卡蒂博士一道，一直试图找出导致这一特异变化的细菌抽提液中的这个物质的化学本质。……真是艰巨的工作，有多少头痛和心碎的经历啊。但是最后也许我们找到它了”。
发现遗传物质的化学本质是DNA，这是基因研究上一个重要的里程碑。但在当时，这项重要的发现并未引起足够的重视。艾弗里虽曾被提名为诺贝尔奖的候选人，但当时评奖委员会认为“最好等到DNA的转化机理更多地为人们所了解的时候再说”。
比起孟德尔的被人遗忘达34年之久，艾弗里所处的时代毕竟不同了。1945年，英国伦敦皇家学会授予艾弗里考普莱（Coply）奖时，就特别提到他关于转化因子的工作。1951年，赫里奥特（R·Herriott）受到艾弗里工作的启发，提出一个十分富有魅力和启发性的假说：“病毒的作用可能像一个充满着转化因子的注射针。这样的病毒本身不会进入细胞，但它不仅用尾部接触寄生细胞，并可能通过酶的作用在细胞外膜上钻一小孔，然后病毒头部的DNA就钻入细胞。”赫里奥特在病毒感染寄生细胞过程的细节上都叙述得如此准确，真是令人惊异！
赫希和蔡斯的噬菌体实验
 当时与德尔布吕克和卢里亚一起研究噬菌体的赫希（A·D·Hershey）及其助手蔡斯（M·Chase），按照赫里奥特的思路设计了一个漂亮的实验，再次证明DNA是基因的化学基础。噬菌体是以细菌为寄主的病毒，赫希和蔡斯便以噬菌体为材料进行实验。那时，生物化学家早已弄清了蛋白质和DNA的化学元素组成。DNA含磷而不含硫，蛋白质则正好相反。赫希和蔡斯用含有放射性硫或放射性磷的培养基分别培养感染噬菌体的细菌。两种培养基中的噬菌体都会合成蛋白质外壳和DNA内芯。但是前者的蛋白质外壳带有放射性，而后者却是DNA内芯带有放射性。让这两种在不同部位带有放射性的噬菌体分别去感染寄生细菌，并在细菌尚未裂解时（噬菌体在细菌内繁殖后，会使细菌细胞裂解而释放出大量噬菌体），搅拌振荡液体培养基，以使DNA与蛋白质外壳分离出来。结果表明，用放射性硫培养的含噬菌体的细菌，并不具有放射性；而用放射性磷培养的细菌则带有放射性。这一结果确凿无疑地证明，进入寄主细胞内的是噬菌体的内芯DNA，而不是蛋白质外壳。
人们彻底摒弃蛋白质是基因的化学本质的概念，是在1953年沃森和克里克提出有名的DNA双螺旋分子结构模型之后。这是一个核苷酸非周期性排列的分子模型，表明DNA的多样性并不亚于蛋白质。而分子的双螺旋结构又为DNA的复制提供了构型上的基础。这是继艾弗里之后，DNA研究的又一重大发现，1953年也是彪炳基因研究史册的光辉的一年。9年后（1962年），沃森与克里克荣获诺贝尔奖。对基因的化学本质是DNA的进一步深刻认识，使诺贝尔基金会回过头来意识到了噬菌体研究对这一认识所作的重大贡献。赫希与德尔布吕克和卢里亚一起，荣获1969年的诺贝尔奖。遗憾的是，已经不能食人间烟火的艾弗里的在天之灵，却无法享受诺贝尔奖的殊荣了。
用X光衍法研究DNA
物理学与生物学的奇妙结合，使在20世纪30年代末学者们开始应用X光衍射技术来研究生物大分子的结构（当时主要是研究蛋白质），形成了分子生物学中的结构学派。结构决定着功能，对结构了解得越精细，则从中推导出功能信息的可能性就越大，准确性就越高。这就是当时生物学中观念尚未十分明确但气氛却非常浓郁的还原论。
在蛋白质分子结构模型的基础上，学者们开始应用X光衍射法来研究DNA的分子结构，其中贡献卓著的当数威尔金斯（M·H·F·Wilkins）和富兰克林（R·Franklin，1920-1958）。
威尔金斯于1915年出生于新西兰，他的父母是爱尔兰人，22岁时毕业于英国剑桥的圣约翰大学物理系，24岁在伯明翰大学获物理学博士学位。他自己曾追述说，在剑桥时，“我对固体的结构及其依赖于这种结构的特殊性质非常感兴趣。”40年代中期，当威尔金斯读到薛定锷的《生命是什么？》一书时，非常兴奋，感受到控制生命过程的复杂分子结构的概念的强烈冲击，从此步入了生物学的殿堂。1950年，威尔金斯担任英国皇家学院生物物理学部的助理主任，并开始进行DNA分子的X光衍射研究。
第一幅DNA的X光衍射照片是由先驱者阿斯特伯里在1938年得到的，但这中间停顿了几十年。到威尔金斯小组重新研究这个问题时，已是20世纪50年代了。1950年，威尔金斯得到伯恩实验室作为礼物送来的一份纯净的DNA。这份DNA呈胶状，是一种黏性物质。当威尔金斯用玻棒点了一下，然后拿开玻棒时，他发现玻棒“带出一条细得几乎看不见的DNA纤维，就像蜘蛛丝一般”。这些纤维表明其内部分子具有有序的排列。威尔金斯和他的研究生戈斯林（R·Gosling）立即用X光衍射设备拍摄了DNA纤维产生的图样照片，他们得到的照片比阿斯特伯里的要精美得多。其中一个主要原因就是他们保持了DNA纤维的湿润状态，而阿斯特伯里研究的是干了的DNA薄膜。DNA的X光衍射照片中有明显的几组点组成了十字的一横，提示DNA的整个结构为螺旋形，但证据并不充分。要弄明白DNA究竟是什么样的螺旋，研究者们还有很长的路要走。
正在此时，富兰克林加入了研究组。富兰克林生于1920年，在剑桥大学获得物理化学学位。她是X光衍射技术的专家。富兰克林此时也进行DNA的X光衍射研究，并于1952年5月获得一张清晰的DNA的X光衍射照片。
威尔金斯和富兰克林为沃森（J·D·Watson）和克里克（F·H·C·Crick）提出DNA分子双螺旋结构模型提供了宝贵的数据资料。沃森、克里克和威尔金斯于1962年荣获诺贝尔生理学医学奖。应该说，富兰克林在这方面的贡献完全不亚于威尔金斯。沃森和克里克提出DNA分子双螺旋结构模型所依据的其实是1952年5月富兰克林得到的DNA的X光衍射照片。事实上，富兰克林也接近得出DNA的双螺旋结构模型了。可惜她英年早逝（1958年38岁时死于癌症），而未能获得诺贝尔奖，这是科学史上的一件憾事。
DNA分子的双螺旋模型
在X光衍射照片的基础上，综合DNA化学研究方面的资料，沃森和克里克，特别是沃森，有着更宽广的眼界，从各专家处汲取所需，而得到新的综合结果，而且这种综合结果比其各部分更伟大，这是那些不能聚木为林的专家们无法领悟到的。
1928年4月6日，沃森出生于美国芝加哥。16岁就在芝加哥大学毕业，获动物学理学士学位，在生物学方面开始显露才华。22岁时沃森来到英国剑桥大学的卡文迪什实验室，结识了早先已在这里工作的克里克，从此开始了两人传奇般的合作生涯。克里克于1916年6月8日生于英格兰的北安普敦，21岁在伦敦大学毕业。二战结束后，来到剑桥的卡文迪什实验室，克里克也是深受薛定锷的《生命是什么？》一书的影响，从物理学转向研究生物学的。
沃森和克里克构建DNA分子结构模型的工作始于1951年秋。他们仿照泡林构建蛋白质α螺旋模型的方法，根据结晶学的数据，用金属片按原子间键角与键长的比例搭配核苷酸。核苷酸（DNA中的核苷酸是脱氧核苷酸，为简单起见，以下简称核苷酸）是DNA的基本结构单位。核苷酸有A、T、G、C共4种。1950年，生物化学家查伽夫（E·Chargaff）报道了他对人、猪、牛、羊、细菌和酵母等不同生物DNA进行分析的结果。查伽夫的结果表明，虽然在不同生物的DNA之间，4种核苷酸的数量和相对比例很不相同，但无论哪种物质的DNA中，都有A=T和G=C，这被称为DNA化学组成的“查伽夫法则”。1952年7月，查伽夫访问卡文迪什实验室时，向克里克详细解释了A:T=G:C=1:1的法则。1952年春，克里克的朋友，理论化学家格里菲斯（J·Griffith，他是发现肺炎球菌遗传转化现象的F·Griffith的侄子）通过计算表明，DNA的4种核苷酸中，A必须与T成键，G必须与C成键。这与查伽夫法则完成一致，以上这些工作，就成了沃森和克里克DNA分子模型中A—T配对、G—C配对结构的基础。
1953年2月，威尔金斯将富兰克林1952年5月拍的一张非常精美的DNA的X光衍射照片拿给沃森和克里克看，克里克立即发现，DNA是双螺旋的，而且构成双螺旋的两条单链走向相反。至此，DNA骨架已经浮现。随后，泡林以前的同事多诺（J·Donohue）告诉沃森，A-T和G-C配对是靠氢键维系的。克里克提出，与糖-磷酸骨架垂直的碱基只有朝向骨架中心（而不是离开中心向外），才能保持稳定的氢键联系。2月28日，沃森用纸板做成4种碱基的模型，将纸板粘到骨架上朝向中心配对，克里克马上指出，只有两条单链的走向相反才能使碱基完善配对，这正好与X光衍射资料一致。完整的DNA分子结构模型完成于1953年3月7日，星期六。根据这个模型，DNA分子是一个双螺旋结构，每一个螺旋单位包含10对碱基，长度为34埃（1埃=10-10米）。螺旋直径为20埃。4月15日，沃森和克里克关于该模型的第一篇论文在《自然》（Nature）杂志上发表。同时在这期Nature杂志上发表的有关论文还有：威尔金斯、斯托克（A·R·Stokes）和威尔逊（H·R·Wilson）合署的文章，介绍了X光衍射数据的总体证据支持DNA的双螺旋结构模型，以及富兰克林和戈斯林（R·Gosling）合署的文章，文中展示一幅重要的、精美的DNA的X光衍射照片，并确认了沃森-克里克模型的合理性。
  
DNA分子双螺旋结构模型的发现，是生物学史上的一座里程碑，它为DNA复制提供了构型上的解释，使人们对DNA作为基因的物质基础不再怀疑，并且奠定了分子遗传学的基础。DNA双螺旋模型在科学上的影响是深远的。2003年是DNA双螺旋模型发现50周年，科学界举行了隆重的纪念活动。
半保留复制方式
在构建DNA分子的结构模型时，沃森和克里克事实上已经提供了DNA分子的复制模式。他们充分了解DNA双螺旋的两条链互补（碱基配对）的重要性，这是DNA复制模式的基础。复制时，DNA双螺旋就像拉开拉链那样，两条链的配对碱基之间的氢链断开，碱基暴露出来，这就形成了两条“模板链”（母链）。然后作为合成原料的游离核苷酸按碱基配对的原则结合到模板链上去。最后，结合到模板链上各有一条新链（子链）形成，原来的一个双螺旋DNA分子就变成（复制）了两个双螺旋分子。这两个双螺旋分子中各含有一条母链（旧链）和一条子链（新链）。DNA的这种复制方式称为“半保留复制”。
 我们不妨从沃林和克里克1953年的原始论文中引出关于DNA半保留复制模式推测的一段话：“我们的DNA模型实际上是一对模板，每一模板与另一个互补。我们设想：在复制前氢键断开，两条链松开、分离，然后每条链作为形成自己新链的模板，最后我们从原先仅有的一对链得到了两对链，而且准确地复制了碱基序列。”真是天才的推测！这一推测的DNA复制模式，后来得到了实验事实的充分证明。1957年，泰勒（J·H·Taylor）等人应用放射性标记的胸腺嘧啶与放射自显影技术，证明蚕豆根尖染色体的半保留复制。1958年，梅塞尔森（M·Meselson）和斯塔尔（F·W·Stahl）应用重氮标记与密度离心技术，证明大肠杆菌DNA的半保留复制。
后来关于DNA分子复制的细节又有了更多的了解。1968年，日本生化学家冈崎（R·T·Okazki）等人发现DNA是“不连续”复制的。复制时，先在DNA模板链上合成一些短的片段，然后再连接成与母链等长而且互补的新链。DNA合成过程中的这些短片段，后来被称为“冈崎片段”。每一冈崎片段的合成都需要DNA多聚酶的作用。但DNA多聚酶只能把单个的核苷酸连接到已形成的核苷酸链上。因此，每一新的片段合成时，需要有一个已存在的片段作为“引物”。
PCR在试管中复制DNA
 目前，已经可以在试管中人工复制DNA。这个体外的生化反应称为多聚酶链式反应（polymerase chain reaction，简称PCR）。这个反应大致是这样进行的：将DNA模板、多聚酶、作为合成原料的4种脱氧核苷酸和引物一起加入到一种特制的薄壁塑料管中。之所以要用薄壁管，是为了便于传热。先将试管置于90℃的高温中约20秒，使DNA模板拆开成两条链（这叫“变性”）。然后将试管转置于55℃的环境中约20秒，使一对引物分别结合到两条分开的模板上去。再在72℃的温度下放置约30秒，使单核苷酸从引物的一端一个接一个地连接上去，从而复制两条新链。于是，一个DNA双螺旋分子便复制成了两个。再重复一个上述的温度循环，两个便复制成四个，……。如此循环下去，便可以得到大量的DNA分子。例如20次循环就可使DNA扩增至100万倍。这一切，都可以在带电脑控制的PCR仪内进行，非常方便。
说来有趣，PCR技术是缪里斯（K·Mullis）在1983年4月一个周末之夜与其女友（一位化学家）驾车行驶在通往北加州红杉林县的山间公路上时想出来的。星期一，缪里斯一回到他所供职的西特斯公司（Cetus），就以DNA多聚酶为关键词在电脑上进行一次文献检索，未发现有关于DNA体外扩增的文章。以后的几个月里，缪里斯反复进行实验，结果表明PCR技术是可行的。1984年春，缪里斯贴出一张海报，叙述了PCR技术，但未能引进起广泛注意。唯一感兴趣的人是细菌遗传学家、诺贝尔奖获得者、当时洛克菲勒大学的校长里德伯格（J·Lederberg）。
最初的PCR技术有一个缺点，就是DNA多聚酶不耐热，在90℃以上的高温即失活。因此，反应过程中要不断添加新的DNA多聚酶。这不利于实现反应的自动化。1969年，有人从美国黄石国家公园温泉中的水生栖热菌体内分离纯化出了耐热的DNA多聚酶，后来的商品名叫Taq酶。1988年，西特斯公司的研究者们开始在PCR中使用Taq酶。这是PCR技术的重大改进，在此基础上实现了反应的自动化，从而PCR技术得到了极为广泛的应用。缪里斯因发明PCR技术面荣获1993年的诺贝尔化学奖。
中心法则
早在1909年，伽罗德（A·E·Garrod）在《先天性代谢差错》一书中，就描述了黑尿病基因与尿黑酸氧化酶的关系。以红色面包霉（链孢霉）为材料而开创生化遗传学研究的比德尔（G·W·Beadle），1941年与塔特姆（E·L·Tatum）一起提出“一个基因一种酶”的假说，认为基因是通过酶来起作用的。
 基因（DNA）主要位于细胞核中。如果酶（化学本质是蛋白质）是在细胞核内合成的，问题倒也简单，由基因直接指导酶的合成就是了。可事实却并不如此。
早在40年代，汉墨林（J·Hammerling）和布拉舍（J·Brachet）就分别发现伞藻和海胆卵细胞在除去细胞核之后，仍然能进行一段时间的蛋白质合成。这说明细胞质能进行蛋白质合成。1955年李托菲尔德（Littlefield）和1959年麦克奎化（K·McQuillen）分别用小鼠和大肠杆菌为材料证明细胞质中的核糖体是蛋白质合成的场所。这样，细胞核内的DNA就必须通过一个“信使”（message）将遗传信息传递到细胞质中去。
1955年，布拉舍用洋葱根尖和变形虫为材料进行实验，他用核糖核酸酶（RNA酶）分解细胞中的核糖核酸（RNA），蛋白质的合成就停止。而如果再加入从酵母中抽提的RNA，蛋白质的合成就有一定程度的恢复。同年，戈尔德斯坦（Goldstein）和普劳特（Plaut）观察到用放射性标记的RNA从细胞核转移到细胞质。因此，人们猜测RNA是DNA与蛋白质合成之间的信使。1961年，雅可布（F·Jacob）和莫诺（J·Monod）正式提出“信使核糖核酸”（mRNA）的术语和概念。1964年马贝克斯（C·Marbaix）从兔的网织红细胞中分离出一种分子量较大而寿命很短的RNA，被认为是mRNA。）
 实际上，早在1947年，法国科学家布瓦旺（A·Boivin）和旺德雷利（R·Vendrely）就在当年的《实验》杂志上联名发表了一篇论文，讨论DNA、RNA与蛋白质之间可能的信息传递关系。一位不知名的编辑把这篇论文的中心思想理解为DNA制造了RNA，再由RNA制造蛋白质。10年以后，1957年9月，克里克提交给实验生物学会一篇题为“论蛋白质合成”的论文，发表在该学会的论文集（Symposum of the Society for Experimental Biology）第12卷第138页。这篇论文被评价为“遗传学领域最有启发性、思想最解放的论著之一。”在这篇论文中，克里克正式提出遗传信息流的传递方向是DNA→RNA→蛋白质，后来被学者们称为“中心法则”。
遗传密码子是三联体
既然mRNA是DNA与蛋白质合成之间的信使，人们自然设想，mRNA是指导蛋白质合成的模板。但mRNA由4种核苷酸组成，蛋白质却由20种氨基酸组成。4种碱基是如何排列组合起来以决定每一种氨基酸的呢？这就是分子遗传学中著名的“遗传密码”问题。
1954年，美籍俄裔理论物理学家莫夫（G·Gamow）应用排列组合计算来研究遗传密码。DNA中的4种核苷酸，每次取3个来进行组合，其组合种数是：
恰好与蛋白质中氨基酸的种数20相应。伽莫夫于是提出遗传密码的三联体（triplet）假说。当时，伽莫夫很得意，他将20称为“生物学上的神奇数字”。
伽莫夫认为DNA的3个核苷酸组成一个密码子（coden）来决定蛋白质中的一个氨基酸，后来证明是对的。1961年，克里克用吖啶黄引起的移码突变证明遗传密码确实是三联体。当DNA中插入一个或两个核苷而引起“移码”时，基因即失去正常功能成为“突变型”。而当再插入一个核苷酸，即总共插入3个核苷酸时，突变基因又回复成正常的基因。但伽莫夫的计算前提是“组合”（不计核苷酸的排列顺序），后来则证明是错误的。遗传密码的三联体是核苷酸按一定顺序排列而成的。
遗传密码的解读
那么，究竟是哪3个核苷酸组成1个密码子来决定哪个氨基酸呢？这是多年来一直困扰分子遗传学家与生化学家的一个老大难问题。这个问题的解决，美国科学家尼伦伯格（M·W·Nirenberg）与美籍印裔科学家霍拉纳（H·G·Khorana）贡献卓著。
尼伦伯格于1927年4月10日生于美国纽约市，21岁时（1948）毕业于佛罗里达大学，1952年又在该校获生物学硕士学位，1957年在密支根大学获生物化学博士学位，随后到马里兰州的贝特斯达国立卫生研究所继续研究生物化学。
霍拉纳于1922年1月9日生于印度旁遮普邦瑞普尔的一个小村庄（现属巴基斯坦），1943年毕业于拉合尔（现亦属巴基斯坦）的旁遮普大学，两年后又在该校获硕士学士。1948年在英国利物浦大学获博士学位。1952年，他受聘去加拿大的不列颠哥伦比亚大学领导一个有机化学研究小组。1959年，他和他领导的研究小组合成了生物化学上一种非常重要的物质——辅酶A，因而国际驰名，霍拉纳于1966年加入美国籍。
 阐明遗传密码这个难题，在1961年终于露出一线曙光。尼伦伯格先合成了一条全部由尿嘧啶核苷酸（U）组成的多苷酸链，即UUU……。然后将这种多聚U加入到含有20种氨基酸以及有关酶的缓冲液中，结果只产生了一种由苯丙氨酸组成的多肽链。这是一个惊人的发现：与苯丙氨酸对应的遗传密码是UUU。这是世界上解读出的第一个遗传密码子。后来，尼伦伯格及其合作者参考霍利的研究结果，将人工合成的密码子（核苷酸三联体）“栽种”在核糖体上，这个人工密码子便像天然的mRNA一样，从介质中“捞起”完全确定的tRNA及其所携带的氨基酸。尼伦伯格及其合作者合成了64种理论上可能的核苷酸三联体密码子，终于将64个密码子的含义一一解读出来。在这个64个密码子中，有3个并不编码任何氨基酸，而是作为蛋白质合成的终止信号（“句点”），称为终止密码子。
霍拉纳则按照事先的设计合成具有特定核苷酸排列顺序的人工mRNA（这个结果本身已是卓越的成就），并用它来指导多肽或蛋白质的合成，以检测各个密码子的含义，证实了构成基因编码的一般原则和单个密码的词义。霍拉纳确定，在一个分子中，每个三联体密码子是分开读取的，互不重叠，密码子之间没有间隔。1966年，霍拉纳宣布基因密码已全部被破译。
遗传密码的破译，是生物学史上一个重大的里程碑。尼伦伯格与霍拉纳于1968年荣获诺贝尔生理学医学奖。
中心法则的补充和发展
中心法则在具体细节上经过完善后，在遗传信息流传递方向上又有补充和发展。1970年，巴尔的摩（D·Baltimore）和梯明（H·M·Temin）在致癌的RNA病毒中，发现一种酶，能以RNA为模板合成DNA。他们称这种酶为依赖RNA的DNA多聚酶，现在一般称为逆转录酶。这就是说，遗传信息流也可以反过来，从RNA→DNA。这是一项重要的发现。巴尔的摩和梯明于1975年荣获诺贝尔奖。
巴尔的摩1938年3月7日生于美国纽约，在中学时代就对生物学有浓厚兴趣。1960年毕业于宾夕法尼亚州斯沃思莫（Swarthmore）大学，1964年获洛克菲勒大学哲学博士学位。梯明1934年12月10日生于美国费城。1955年毕业于宾州斯沃思莫大学，1959年获加州理工学院哲学博士学位。巴尔的摩与梯明发现了逆转录酶，还发现了逆转录病毒的复制机理。逆转录病毒是RNA病毒，病毒的RNA逆转录出DNA，再整合到寄主细胞的染色体中，使寄主细胞发生癌变，这一成果也使癌症研究进入了一个新阶段。
对于逆转录酶的发现，巴尔的摩的华裔夫人黄诗厚也作出了重大贡献。当巴尔的摩在麻省理工学院进行癌症研究时，寻找逆转录酶遇到困难。当时正好从事病毒学研究的黄诗厚博士发现在某些RNA病毒的蛋白质外壳中带有“转录酶”——RNA多聚酶。这个发现给了巴尔的摩极大的启示，他也果然在RNA肿瘤病毒的蛋白质外壳中找到了逆转录酶。
根据中心法则，DNA中的信息转录到RNA分子中后，要再进一步转译成蛋白质，才能表达为酶的活性。
1981年，切赫（T·R·Cech）等人在四膜虫发现自催化剪切的tRNA。1983年阿尔特曼（S·Altman）领导的一个研究小组发现大肠杆菌的核糖核酸P的催化活性取决于RNA而不是蛋白质。这意味着RNA可以不通过蛋白质而直接表现出本身的某种遗传信息，而这种信息并不以核苷酸三联体来编码。这是对中心法则的又一次补充和发展。切赫和阿尔特曼荣获1989年的诺贝尔化学奖。
DNA本身是否也具有酶活性呢？1994年，乔依斯（G·F·Joyce）等人发现一个人工合成的DNA分子具有一种特殊的磷酸二酯酶活性。此后，国外又有多例报道人工合成的DNA序列具有各种不同的酶活性。1995年，我国学者王身立等人发现，从多种生物中提取的DNA均具有酯酶活性，能催化乙酸萘酯水解为萘酚和乙酸。这种较弱的酯酶活性并不需要特定序列的DNA编码，而是非特异性DNA的一般性质。王身立推测，在生命起源时，RNA和蛋白质都还未出现，原始海洋营养汤中的DNA可能利用本身的酯酶活性水解萘酯等物质以获得能量。随着生命的进化，酶活性更强的蛋白质出现了，在生命世界中DNA作为酶的作用则为蛋白质所取代。但DNA分子本身的酯酶活性仍作为一种“分子化石”的遗迹，一直保存到今天。 | 
