微生物在生物合成或异化的通链中，因基因突变导致代谢障碍而产生的突变型，即营养突变型。

生物和人类的代谢活动受基因控制。1902年英国医生加罗得（A.Gurrod）发现人类的先天性尿黑酸尿病，是由于分解尿黑酸的酶的合成受阻，引起尿黑酸在体内大量积累引起的。但是，直到1941年比德尔（G.W.Beadle）和塔特姆（E.L.Tatum）采用遗传学和生物化学结合的研究方法，研究粗糙脉孢霉的营养突变，才查明代谢缺陷的机理。粗糙脉孢霉经X-射线照射后产生的子囊孢子，只能在完全培养基上才能正常生长，而在基本营养基上不能生长。野生型粗糙脉孢霉能利用基本培养基中仅有的无机盐类、碳水化合物和生长素，合成正常生长所需的氨基酸、嘌呤、嘧啶和维生素等代谢产物。而营养突变体须在基本培养基中添加特定的营养物质后，始能继续进行代谢活动和正常生长，表明物质代谢过程中的某一个或几个环节出现障碍。例如粗糙脉孢霉不能合成精氨酸的营养突变体有三种不同情况：①添加鸟氨酸或瓜氨酸或精氨酸后，才能正常生长；②添加鸟氨酸不能生长，须添加瓜氨酸或精氨酸，才能生长；③添加鸟氨酸或瓜氨酸均不能生长，仅添加精氨酸，才能生长。精氨酸代谢是按前驱物→鸟氨酸→瓜氨酸→精氨酸的顺序进行的，前一个环节出现障碍，后续的代谢活动便停止。其关系如下：

营养缺陷型

式中 由前驱物到精氨酸的各个代谢环节分别由基因arg-1、arg-2、arg-3控制，并由基因编码产生的酶参与催化。故知，上述三种情况分别由于基因arg-1，arg-2和arg-3发生突变引起的生理障碍造成的。

微生物异化过程的不同环节同样须有特定的酶参与作用，并受特定的基因控制。例如，构巢曲霉（As-pergillus nidulans）能正常利用无机盐类的和离子，也能从降解某些含氮有机物取得生长所需要的氮源。例如，降解次黄质（C₅H₄N₄O）产生中间代谢物尿酸和尿囊素（C₄H₆N₄O₃）等，直至释放出离子，以取得氮源。异化过程中任一环节发生障碍，都将不能利用次黄质。

人类遗传学研究证明，有大量的遗传疾病是由于先天性代谢缺陷引起的。明显的例子是由于苯丙氨酸代谢异常引起的苯丙酮尿症，由于酪氨酸代谢异常引起的白化症，由于尿黑酸的代谢异常引起的尿黑酸尿症等，都可能导致人体生理的严重障碍。

20世纪40年代，比德尔等根据粗糙脉孢霉营养缺陷型的研究，创立一个基因一种酶的学说。首次阐明在生理代谢活动中，基因的起始功能是控制酶蛋白的合成，一个基因编码一种酶，在复杂的生理代谢反应中，各反应环节都有特定的酶参与作用。从而开创了遗传学和生物化学结合研究的道路，产生生化遗传学，促进了20世纪后期分子遗传学的发展。60年代以来的研究进一步证明，蛋白质的不同肽链的合成是受基因控制的，因此，一个基因实质上控制一种肽链的合成，一个基因一种酶的学说得到相应的发展。