當生物學家弄清楚基因需要酶的幫助才能完成它的功能時，基因和酶之間是什麼關係，這一問題又成了急需確定的問題。1941年，美國生物學家喬治·比德爾和愛德華·塔特姆揭開了這個謎。
比德爾於1903年出生於美國內布拉斯加州的一個農民家庭。高中畢業後，比德爾放棄了回鄉務農的念頭，進入內布拉斯加大學深造。1931年獲得康乃爾大學博士學位後，他先後在加州大學和哈佛大學工作。1937年，比德爾被斯坦福大學聘為生物遺傳學教授，並在那裏工作了9年。在此期間，他同塔特姆完成了他們偉大的合作。
塔特姆於1909年出生，老家在美國科羅拉多州波爾德，父親是威斯康星醫學院的教授。塔特姆在芝加哥大學和威斯康星大學完成了自己的高等教育，1934年獲得生物化學博士，其關於細菌營養和新陳代謝的博士論文為他後來同比德爾的合作打下了基礎。塔特姆畢業後來到斯坦福大學生物係，先後任研究助理和副教授，最後成為生物化學教授。
1941年，比德爾放棄了已經進行了兩年的果蠅實驗，同塔特姆合作，開始將紅色麵包黴作為研究對象。一般情況下，鏈孢菌在含有糖、少量維生素H和無機鹽的培養基中就能很好生長。在它生活周期的一定階段，鏈孢菌會產生8個完全相同的孢子。
比德爾和塔特姆在實驗中用X射線照射鏈孢菌，他們發現有的孢子會出現突變，而某些突變影響了孢子利用基本物質合成有機物的能力。例如，有的孢子不能像正常的孢子那樣產生特殊的氨基酸。比德爾和塔特姆在培養基DNA的A、B、Z三種構型中添加不同的物質，並觀察它是否能使突變的孢子正常生長。根據實驗結果，比德爾和塔特姆認為：所有生物體內的一切生物化學過程最終都由基因控製；這些過程都可細分為一係列化學反應；各個反應均以某種方式受單個基因的控製；單個基因的突變隻能改變細胞進行某一化學反應的能力。
總結以上觀點，比德爾和塔特姆認為每個基因控製且僅控製一種酶的形成。這就是著名的“一個基因一種酶”的學說，該學說為遺傳學家普遍接受。由於他們的開創性工作，比德爾和塔特姆與萊德伯格分享了1958年的諾貝爾生理學及醫學獎。
隨著科學技術的發展，X射線成為科學家研究的重要工具。X射線照射晶體分子時形成的衍射圖能夠幫助人們了解分子的內部微觀結構。
英國科學家威廉·阿斯伯裏先從細胞中提取出DNA，然後將針紮入有粘性的DNA溶液中，針在抽出時帶出由DNA分子組成的多股分子線，每根分子線大致相互平行。對DNA多股分子線進行X射線照射，阿斯伯裏在1943年獲得了首張DNA的X射線衍射圖。衍射圖顯示DNA具有規律性、周期性的結構。阿斯伯裏提出核苷酸的堿基對“如同便士一樣”一個壓一個摞在一起。
DNA的X射線衍射圖為最終揭示其結構奠定了基礎。