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6月16日：聚焦生命科學(xué)歷史事件

2013-6-16　　閱讀(1392)

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1902年6月16日，美國遺傳學(xué)家Barbara McClintock（1902.6.16-1992.9.3）出生，遺傳學(xué)者，是20世紀(jì)具有傳奇般經(jīng)歷的女科學(xué)家。她終身從事玉米細胞遺傳學(xué)方面的研究，發(fā)現(xiàn)了基因的“轉(zhuǎn)座子”（transposon）。

Barbara McClintock
Barbara McClintock

1939年，她當(dāng)選為美國遺傳學(xué)會主席。是遺傳學(xué)主流中的中堅人物。由于提出了“移動的控制基因?qū)W說”，于1983年獲諾貝爾生物學(xué)獎，這是世界上靠獨自研究成果而得此類獎金的*位女科學(xué)家。

Barbara McClintock
Barbara McClintock

人物簡介

以埃默森為首的玉米遺傳研究小組與摩爾根的果蠅研究小組，可以說是當(dāng)時蓬勃興起的遺傳研究的兩支勁旅。麥克林托克是玉米研究小組的主要骨干成員。她一生未婚，但對玉米可以說是情有獨鐘。有關(guān)玉米染色體遺傳變異的許多重大發(fā)現(xiàn)（如易位、倒位、缺失、環(huán)狀染色體、雙著絲粒染色體、斷裂-融合-橋周期和核仁組織區(qū)功能等）都與她有關(guān)，她還成功地闡明了脈孢菌減數(shù)分裂的全過程。可以說，她以玉米遺傳學(xué)的研究成果推動和促進了細胞遺傳學(xué)這一遺傳學(xué)分支學(xué)科的建立。但是，真正使她名垂科學(xué)史冊的卻是她在玉米中對可移動基因——轉(zhuǎn)座基因（俗稱“跳躍基因”）的研究。

人物生平

1941年6月，麥克林托克進入美國紐約長島的冷泉港實驗室，正式開始了她的研究。此前，她早已發(fā)現(xiàn)，在印度彩色玉米中，籽粒和葉片往往存在著許多色斑。色斑的大小或出現(xiàn)的早晚受到某些不穩(wěn)定基因或“異變基因”的控制。她發(fā)現(xiàn)玉米籽粒（或葉片）顏色的有無是受一些位于9號染色體上的基因控制的，例如控制色素形成的基因C。有C基因存在，籽粒（或葉片）有色，沒有C基因，則表現(xiàn)無色。但是，在C基因附近，有一個Ds基因（稱為解離因子）又控制了C基因的表達或表現(xiàn)。當(dāng)Ds基因存在時，C基因也不能使籽粒表現(xiàn)有色，即色素不能合成，所以仍然表現(xiàn)無色。Ds基因如果離開C基因，即從原來位置上斷裂或脫落，C基因又重新得以表達，籽粒表現(xiàn)有色。然而，Ds基因能否發(fā)生作用，也就是說能否從染色體上解離，又受到第三個基因Ac（稱為激活因子）的支配。Ac基因存在時，Ds基因從染色體上解離，從而解除了它對C基因的抑制,C基因得以表達，籽粒表現(xiàn)有色。Ac不存在時，Ds不解離，C基因受到抑制，不能表達，籽粒表現(xiàn)無色。這就是麥克林托克發(fā)現(xiàn)的“Ds Ac調(diào)控系統(tǒng)”。盡管“轉(zhuǎn)座基因”的概念她在1938年就已提出，但是這一調(diào)控系統(tǒng)卻是她從1944年至1950年整整花了6年時間才*弄清楚的。

過程

在這一系統(tǒng)中，Ds基因與C基因位于同一染色體上的相鄰位置，Ac基因與Ds基因卻相距很遠，甚至不在同一染色體上，但是它卻對Ds基因起激活作用。Ds基因解離之后，可以移動位置，它可以離開C基因到達別的地方，也可以重新整合在C基因附近，也就是說它可以“跳動”。

由于Ds基因解離的時間有早有晚、有長有短，表現(xiàn)在籽粒上的色斑就有大有小。換句話說，玉米籽粒（或葉片）之所以出現(xiàn)色斑，以及色斑的大小，既決定于色素基因C的表達，也是由于另外一個或多個基因調(diào)節(jié)和控制的結(jié)果。這是麥克托克在細胞學(xué)水平上的對基因的追蹤，盡管當(dāng)時人們還不知道什么是DNA。

基因在染色體上能移動位置，也就是說能“轉(zhuǎn)座”，能“跳動”，在當(dāng)時遺傳學(xué)家們那里簡直是*。因為按照傳統(tǒng)的觀念，基因在染色體上是固定不變的，它們有一定的位置、距離和順序，它們只可以通過交換重組改變自己的相對位置，通過突變改變自己的相對性質(zhì);但是，要從染色體的一個位置“跳”到另一個位置，甚至“跳”到別的染色體上，那是科學(xué)家們從來沒有想過的。因此，他們在讀了麥克林托克1950年發(fā)表的《玉米易突變位點的由來與行為》和1951年發(fā)表的《染色體結(jié)構(gòu)和基因表達》兩篇論文，了解了她在做些什么工作之后，簡直不敢相信，都認為這個女人也許是發(fā)瘋了。

研究方向

盡管不被理解，但麥克林托克卻不改初衷，堅持她的試驗結(jié)果。不久她又發(fā)現(xiàn)了被稱為Spm的另一轉(zhuǎn)座突變調(diào)節(jié)體系。由于與傳統(tǒng)的遺傳學(xué)觀念背道而馳，這使她限于孤立無助的境地。人們用懷疑、驚訝的異樣目光看待她。這位原來在美國遺傳學(xué)界享有盛譽的女科學(xué)家（1944年被選為國家科學(xué)院院士，1945年擔(dān)任美國遺傳學(xué)會主席，曾獲得多次國家獎勵），經(jīng)受了她一生中相當(dāng)長時間的孤寂和苦悶，朋友和同事大都和她漸漸疏遠，她只好離群索居，幾乎成了孤家寡人。

當(dāng)1953年沃森和克里克發(fā)現(xiàn)遺傳物質(zhì)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，遺傳學(xué)已從微生物遺傳學(xué)進入了分子遺傳學(xué)的嶄新階段。20世紀(jì)60年代初，法國科學(xué)家雅各布和莫諾用大腸桿菌作試驗，提出了乳糖操縱子模型，揭示了生物體內(nèi)基因調(diào)控的機制。這對麥克林托克是一個很大的鼓舞，她認為乳糖操縱子模型與她的DsAc系統(tǒng)實在是太相似了，她為此專門寫了一篇論文《玉米和細菌基因控制體系的比較》發(fā)表，以期引起科學(xué)界對她的重視。然而，科學(xué)界很快接受了雅各布和莫諾的學(xué)說，他們兩人也因此于1965年獲得了諾貝爾獎金，但人們?nèi)匀粺o視麥克林托克的轉(zhuǎn)座因子，仍然把她和她的理論視為另類和異端。

成功

然而，科學(xué)理論畢竟是科學(xué)理論。真應(yīng)了一句俗話：假的真不了，真的假不了。分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的進一步發(fā)展，科學(xué)家們在細菌、真菌乃至其他高等動植物中都逐漸發(fā)現(xiàn)了許多與麥克林托克轉(zhuǎn)座因子相同或相似的現(xiàn)象。例如，1963年泰勒發(fā)現(xiàn)噬菌體Mu能隨機地插入細菌染色體基因組內(nèi);1966年，貝克威斯等在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)了可以整合在染色體上、也可游離于染色體外的F因子（性因子）;60年代末，科學(xué)家們在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)存在所謂的“插入序列”（IS）;后又在沙門氏菌中發(fā)現(xiàn)了基因的流動性（轉(zhuǎn)座子）和抗藥性基因等。這一系列的發(fā)現(xiàn)，迫使人們不得不重新回過頭來審視麥克林托克在玉米中的研究，特別是通過對麥克林托克工作比較清楚的幾位科學(xué)家的努力，人們逐漸認識了麥克林托克的研究成果，驚訝她超越時代的科學(xué)發(fā)現(xiàn)以及她那不屈不撓超越常人的意志和毅力。1976年，在冷泉港召開的“DNA插入因子、質(zhì)粒和游離基因”專題討論會上，明確地承認可用麥克林托克的術(shù)語“轉(zhuǎn)座因子”來說明所有能夠插入基因組的DN段。這時，人們才真的對她刮目相看了。現(xiàn)在回顧這段歷史，我們*可以這樣說：麥克林托克才真正是基因調(diào)控的“調(diào)節(jié)-操縱子理論”的。在40年代初期，她*是通過個人的努力、用傳統(tǒng)的遺傳學(xué)和細胞學(xué)研究的手段，得出了“轉(zhuǎn)座因子”的概念，解決了用分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的方法才能解決的問題，所以我們說她是走在時代前面的人。她的玉米轉(zhuǎn)座因子已在分子水平上得到了證實。科學(xué)家們已經(jīng)從好多種原核生物和真核生物中分離出轉(zhuǎn)座因子，并進行了DNA水平的研究。麥克林托克在半個世紀(jì)以前提出的轉(zhuǎn)座因子理論，對于后來分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的發(fā)展，對基因工程（DNA重組技術(shù)）、轉(zhuǎn)基因研究、癌癥研究和人類基因組計劃的開展，無不具有極其重要的意義。?

成就與榮譽

1983年，瑞典*科學(xué)院諾貝爾獎金評定委員會終于把該年度的生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎授予這位81歲高齡的、不屈不撓的女科學(xué)家。她是在遺傳學(xué)研究領(lǐng)域*位獨立獲得諾貝爾獎的女科學(xué)家，也是*三位獨立獲諾貝爾獎的女科學(xué)家（*位是波蘭女科學(xué)家瑪麗·居里，第二位是英格蘭的多羅西·克勞福特·霍奇金，她們兩人都是化學(xué)家）。雖然這獎金遲到了35年，但麥克林托克終于在她的有生之年看到了科學(xué)界對她的承認。

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