芭芭拉·麥克林託克:為「跳躍基因」孤軍奮戰—新聞—科學網

2020-12-06 科學網

 

■餘艾柯

在近代遺傳學的發展史上，有兩項研究成果被公認為是20世紀的最重要發現：一項是著名的「DNA雙螺旋結構」，另一項則是公眾並不熟知的「跳躍基因」。

與「DNA雙螺旋結構」很快為其發現者詹姆斯·沃特森和弗朗西斯·克裡克兩位科學「大腕」帶來諾獎殊榮不同，「跳躍基因」的發現者、美國女科學家芭芭拉·麥克林託克的命運卻異常坎坷。

麥克林託克的研究獲得科學界認可，足足經歷了三十餘年的漫長等待。在此期間，這位被譽為「玉米夫人」的女中豪傑，幾乎是不可思議地完成了「一個人的戰鬥」。

1902年出生的麥克林託克，是美國著名植物學家、遺傳免疫學家，1927年在康奈爾大學農學院獲得植物學博士學位後，終生從事玉米細胞遺傳學方面的研究。她的「跳躍基因」學說指出：基因可以從染色體的一個位置跳躍到另一個位置，甚至從一條染色體跳躍到另一條染色體。

儘管「跳躍基因」的概念早在1938年就被麥克林託克提出，但是這一調控系統卻是她自1944年起整整花了6年時間才完全弄清楚的。通過1950年發表的《玉米易突變位點的由來與行為》和1951年發表的《染色體結構和基因表達》兩篇論文，她向世界科學界介紹了自己的研究。

然而，同行在了解麥克林託克的這項研究工作之後，卻認為這個女人也許是發瘋了。

根據她的理論，基因在染色體上能夠移動位置，進行「轉座」或「跳躍」，這在當時的遺傳學家看來與已有研究完全「背道而馳」。

按照傳統觀念，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；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。

六年的心血，同行竟是不屑一顧，這讓麥克林託克非常失望。而在此之前，她在當時婦女並不受重視的美國科學界，被公認為僅有的幾個出類拔萃的女性科學家之一。42歲成為美國國家科學院院士，43歲當選為「美國遺傳學會」首位女性主席，她的周圍曾是一片讚揚之聲。

因為「跳躍基因」的研究，人們開始用懷疑的目光看待這位一度享有盛譽的女科學家。朋友和同事大都漸漸疏遠，麥克林託克幾乎成了孤家寡人，經受了一生中最長時間的孤寂和苦悶。

20世紀60年代初，法國科學家雅各布和莫諾用大腸桿菌做試驗，提出了乳糖操縱子模型，揭示了生物體內基因調控的機制。這對麥克林託克是一個很大的鼓舞。她認為乳糖操縱子模型與她的調控系統實在是太相似了，並為此專門寫了一篇論文《玉米和細菌基因控制體系的比較》，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，他們兩人也因此於1965年獲得諾獎，但科學界仍然無視麥克林託克的「跳躍基因」，依舊把她和她的理論視為另類和異端。

麥克林託克開始保持克制和沉默，不再談論自己的發現，也很少發表相關文章，只是默默埋頭於自己的玉米遺傳學研究。

科學的美好在於真理終將得以揭示。隨著分子生物學和分子遺傳學的進一步發展，科學家們在細菌、真菌乃至其他高等動植物中都逐漸發現了許多與麥克林託克「跳躍基因」相同或相似的現象。

在研究大腸桿菌時，生物學家發現了具有特殊「插入序列」的DNA片段會插入別的基因之中，而這些具有「插入序列」的DNA片段並非外來物，都是源於細菌染色體的其他部位。緊接著，有人發現在沙門氏桿菌中竟然也有類似的單位，可以自由地在質體、染色體與噬菌體之間移動，並且能傳遞抗藥性。

一系列的發現，迫使人們不得不重新回頭審視麥克林託克在玉米中的研究，並且開始驚訝於她超越時代的科學發現，以及她超越常人的意志力。

1976年，在美國冷泉港實驗室召開的「DNA插入因子、質粒和游離基因」專題討論會上，科學界明確承認可用麥克林託克的術語「跳躍基因」來說明所有能夠插入基因組的DNA片段。

1983年，瑞典皇家科學院諾貝爾獎金評定委員會終於把該年度的生理學和醫學獎授予這位已是81歲高齡的科學家。由此，她也成為遺傳學研究領域內第一位獨立獲得諾貝爾獎的女科學家。

獲獎後，終生未婚、早已習慣在科學中安享孤寂生活的麥克林託克迎來了最為熱鬧的一年——到處都邀請她去演講、座談，人們等待著她的接見，向她索取研究用的玉米種子……

孤軍奮戰數十年的麥克林託克終於看到了自己的勝利，然而在周圍人的讚許和仰慕之情紛至沓來之時，她卻依舊淡然：「倘若你認為自己邁開的步伐是正確的，並且已經掌握了專門的知識，那麼，任何人都阻撓不了你。不必理會人們的非難和品頭論足。」

《中國科學報》 (2014-06-06 第12版 視界)

相關焦點

  • 美國科學家成功繪製玉米「跳躍」基因
    根據科技部網站消息，日前，玉米「跳躍基因」被美國加利福尼亞大學戴維斯分校和冷泉港實驗室的科研小組成功繪製。這一成果將最終有利於玉米的繁殖和生產。轉座元件或轉座子是可以移動基因組內位置（「跳躍基因」）的DNA序列。
  • 「基因剪刀」遇見跳躍基因會怎樣?
    而生物界的相遇卻往往讓人感慨：相見恨晚——張鋒，一位「八零後」科學家，因發明最有效的基因編輯方法成名，被稱為CRISPR之父。芭芭拉·麥克林託克，很多人並不熟悉，但她所在的冷泉港實驗室被認為是思想最活躍的科研聖地。
  • 想要「高顏值」玉米,來這裡找跳躍基因吧
    玉米基因中有很多非常活躍的轉座子，它們就像一支「小畫筆」，跳到哪個基因上，就會抹去那裡本來的「顏色」。因此導致籽粒顏色變化有一部分是轉座子運動產生的。轉座子改變的不僅是玉米子粒顏色，還有株高、抗性、產量等幾乎所有性狀。這一獨特的基因屬性，引起了科學家們的興趣。為了育種需要，我們不僅要抑制轉座子跳躍帶來的表型不穩定，同時也要利用轉座子的跳躍選育優良品種。
  • 科學網—基因跳躍定雌雄
    草莓性別可能由特殊的「跳躍」基因決定。
  • 如果你想要「高顏色值」的玉米來這裡尋找跳躍基因
    玉米基因中有許多非常活躍的轉座子。它們就像一把「小刷子」。如果你跳到任何一個基因上，你會抹去那裡原來的「顏色」。因此，穀物的一些顏色變化是由轉座子運動引起的。轉座子不僅改變玉米籽粒顏色，還改變幾乎所有性狀，如株高、抗性和產量。這種獨特的遺傳屬性引起了科學家的興趣。為了育種的目的，不僅要抑制轉座子跳躍引起的表型不穩定性，還要利用轉座子跳躍選擇優良品種。
  • 「基因剪刀」遇見跳躍基因 會擦出什麼火花
    「基因剪刀」遇見跳躍基因 會擦出什麼火花　　解碼基因編輯　　演藝界宋仲基宋慧喬的分手讓人直呼：只願曾經未相遇。而生物界的相遇卻往往讓人感慨：相見恨晚——　　張鋒，一位「八零後」科學家，因發明最有效的基因編輯方法成名，被稱為CRISPR之父。
  • 西紅柿中發現跳躍基因這可能加速作物育種,提高抗旱性等性狀
    劍橋大學塞恩斯伯裡實驗室和植物科學系的研究人員發現，乾旱脅迫觸發了一系列跳躍基因的活性，該基因以前已知會促進番茄的果實形狀和顏色。轉座子，通常被稱為跳躍基因，是可移動的DNA代碼片段，可以將自身複製到基因組中的新位置-生物體的遺傳密碼。它們可以改變，破壞或擴增基因，或完全沒有作用。直到1940年代，諾貝爾獎獲得者科學家芭芭拉·麥克林託克才在玉米粒中發現了這一點，直到現在，科學家們才意識到轉座子根本不是垃圾，而是實際上在進化過程中以及在改變基因表達和植物的物理特性中起著重要作用。
  • 跳躍:「跳躍基因」如何改變基因編輯
    去年，一項研究發現，這種技術「經常」導致「廣泛的」意想不到的基因突變。但周四發表在《自然》(Nature)雜誌上的一項新研究提供了一種全新的方式來編輯DNA中的基因:「跳躍基因」，也被稱為轉座子，可以有效地插入DNA，而不需要切割。
  • 新方法讓「沉默」基因「說話」—新聞—科學網
    研究人員通常使用活細胞內編碼基因的標記技術，將螢光蛋白精確插入蛋白編碼框研究基因的功能，但該方法往往對lncRNAs等非編碼基因和低豐度轉錄基因束手無策。該研究建立了一種通用的內源基因轉錄門控系統，為活細胞中實時標記lncRNAs和低表達基因，研究其生物學功能提供了有效工具。1月5日，相關研究成果在線發表於《自然—細胞生物學》上。 楊輝表示，編碼基因通過轉錄為信使RNA（mRNA），翻譯為蛋白質。因此，研究人員可以利用共表達螢光蛋白的強弱判斷基因的表達的情況。
  • 基因讓尼安德特人「很怕疼」—新聞—科學網
    近日發表在《當代生物學》上的一項研究發現，這些遠古人類親屬的蛋白質NaV1.7的編碼基因有3個突變，該蛋白質會向脊髓和大腦傳遞疼痛感。他們還發現，在英國人樣本中，那些遺傳了尼安德特人版本NaV1.7的人往往比其他人的疼閾值更低。 「對我而言，這是第一個使用現代人的基因改造模型了解尼安德特人的生理機能的例子。」德國馬普學會進化人類學研究所的 Svante Paabo說。
  • 新型抗小麥白粉病基因被找到—新聞—科學網
    近日，《作物學報》在線發表了南京農業大學作物遺傳與種質創新國家重點實驗室小麥分子細胞遺傳育種團隊的文章，報導了從簇毛麥中發現一種新類型抗小麥白粉病基因Pm67。 二倍體簇毛麥是小麥野生近緣屬種，攜帶許多優異基因，是小麥遺傳改良重要的三級基因資源庫。南京農業大學小麥分子細胞遺傳育種團隊長期致力於利用二倍體簇毛麥基因組發掘小麥優質、高產、抗病和耐逆基因。
  • 科學網—單一基因或驅動單細胞到多細胞跳躍
    圖片來源：Courtesy of Jennifer Pentz 本報訊 從單細胞生命到多細胞生物的跳躍要比人們曾經認為的簡單。而且，看上去發生這種跳躍的途徑不止一個。 單一基因的突變足以將單細胞的啤酒酵母變成多細胞生物體演化的「雪花」。
  • 基因重組讓植物也能吃肉—新聞—科學網
    現在，一項針對三種密切相關的食肉植物的研究表明，基因的巧妙重組幫助它們進化出捕捉和消化富含蛋白質食物的能力。 食肉植物已經進化出許多誘捕獵物的狡猾方法。例如，豬籠草使用富含酶的「陷阱」消化昆蟲，而維納斯捕蠅草、囊泡貉藻和匙葉茅膏菜則移動捕捉獵物。
  • 我國學者發現延緩衰老「基因療法」—新聞—科學網
    「基因療法」。該研究於1月7日在線發表於《科學轉化醫學》，為延緩衰老、防治衰老相關疾病提供了幹預靶標與新型策略。 細胞衰老是器官乃至個體衰老的基礎，這一過程受遺傳和環境等多種因素影響。儘管已有研究報導了一系列細胞衰老相關基因，但仍可能存在大量未知衰老調控基因。針對這些衰老調控基因，能否發展幹預個體衰老進程的靶向操控手段也缺乏系統研究。
  • 特殊基因「變身」聚集發病「真兇」—新聞—科學網
    特殊基因「變身」聚集發病「真兇」超90%遺傳性卵巢癌由BRCA1/2基因突變引起   在復旦大學附屬腫瘤醫院接受卵巢癌手術的一對親姐妹將於近日出院
  • 植物化學記憶影響後代存活機會—新聞—科學網
    這與DNA和組蛋白的化學修飾有關，這些修飾改變了DNA在細胞核內的包裝方式和基因表達方式——這一過程被稱為表觀遺傳調控。 通常，這種表觀遺傳信息會在有性繁殖過程中被重置，以消除任何不恰當的「記憶」，確保後代的正常生長。這裡，研究人員發現，一些植物無法「忘記」不當信息，並會將其傳遞給後代，從而影響了它們的生存機會。
  • 600餘學者研討植物基因編輯技術與應用—新聞—科學網
    近日，第七屆全國植物生物技術與產業化大會暨植物基因編輯技術與應用專題研討會在揚州舉行，圍繞「植物基因編輯與分子育種」這一主題，來自全國145所高校與科研院所的
  • PNAS:揭秘罕見「跳躍基因」
    許多組成我們基因組的DNA都能夠追溯到轉座元件/跳躍基因，在哺乳動物體內閒置著大量的這種元件。Johns Hopkins大學的研究人員在蝙蝠體內發現了一種新跳躍基因，是首個在哺乳動物中依然具有活性的剪切-粘貼式跳躍基因。這一發現發表在美國國家科學院院刊PNAS雜誌的網站上，不僅為人們提供了研究進化的新方法，也將有助於開發基因治療的新工具。
  • 北京高精尖論壇聚焦材料基因工程—新聞—科學網
    論壇上，專家學者們分享了新材料領域前沿研究成果，探討了材料基因工程新理論、新方法和新應用，共同致力推動新材料研發和產業發展。 北京科技大學校長楊仁樹表示，新材料是國家經濟建設的物質基礎。近年來，我國在新材料領域厚積薄發，部分領域已達到國際領先水平。
  • 基因是如何被調節的?—新聞—科學網
    這些論文構成了迄今為止影響基因表達變異的最全目錄。它們還強調了用於理解基因是人類組織調控因素的細胞類型的重要性，並為連接基因變異與人類特徵和疾病之間的功能點提供了豐富的資源。 德國海德堡歐洲分子生物學實驗室（EMBL）人類遺傳學家Jan Korbel說，對於任何對特定疾病感興趣或研究組織及細胞類型的人來說，「這些資源是無價的」。