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6月16日：聚焦生命科學歷史事件

2013-6-16　　閱讀(1393)

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

Barbara McClintock
Barbara McClintock

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

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?？梢哉f，她以玉米遺傳學的研究成果推動和促進了細胞遺傳學這一遺傳學分支學科的建立。但是，真正使她名垂科學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水平上的對基因的追蹤，盡管當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”，在當時遺傳學家們那里簡直是*。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界享有盛譽的女科學家（1944年被選為國家科學院院士，1945年擔任美國遺傳學會主席，曾獲得多次國家獎勵），經(jīng)受了她一生中相當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)，遺傳學已從微生物遺傳學進入了分子遺傳學的嶄新階段。20世紀60年代初，法國科學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，以期引起科學界對她的重視。然而，科學界很快接受了雅各布和莫諾的學說，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，科學理論畢竟是科學理論。真應(yīng)了一句俗話：假的真不了，真的假不了。分子生物學和分子遺傳學的進一步發(fā)展，科學家們在細菌、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?，F(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)的遺傳學和細胞學研究的手段，得出了“轉(zhuǎn)座因子”的概念，解決了用分子生物學和分子遺傳學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以前提出的轉(zhuǎn)座因子理論，對于后來分子生物學和分子遺傳學的發(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*科學院諾貝爾獎金評定委員會終于把該年度的生理學和醫(yī)學獎授予這位81歲高齡的、不屈不撓的女科學家。她是在遺傳學研究領(lǐng)域*位獨立獲得諾貝爾獎的女科學家，也是*三位獨立獲諾貝爾獎的女科學家（*位是波蘭女科學家瑪麗·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界對她的承認。

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