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1個人簡介

芭芭拉.麥克林托克(Barbara McClintock,1902.6.16-1992.9.2) ,1983年諾貝爾生理學和醫學獎獲得者,20世紀最富盛名的女性遺傳學家,她把一生都奉獻給了遺傳學,生命科學的研究。
麥克林托克出生於美國康涅狄格州首府哈特福德市,幾乎是與遺傳學一同出生、成長的。她生於近代遺傳學奠基人孟德爾 (G. Mendel) 的遺傳學研究被重新發現的兩年後(1902),於1919年進入了康奈爾大學農學院就讀。20世紀20年代遺傳學是美國一個堪稱世界級的科學,也是當時生物學中最抽象的領域,DNA尚未被發現,基因仍然只是作者們想象出來的東西,誰也看不到摸不著。在1910年至1916年間,摩爾根 (T. H. Morgan) 領導的果蠅小組確定了基因與染色體的關係,染色體帶有遺傳成分。而康奈爾的遺傳學研究重心是在美國傳統農業植物——玉米,玉米粒和果蠅都稱為表現遺傳性徵的最好研究對象。麥克林托克利用新的染色技術,在顯微鏡下發現玉米的染色體,在當時她是首先以此實驗方法證明玉米的研究可以不只是育種及觀察子代兩方面,她開啟了遺傳發展史上的新篇章。
1927年,25歲的麥克林托克獲得了康奈爾大學植物學博士學位。1929~1931年間,她發表了一系列論文,證明了玉米染色體形態與遺傳特性之間的關係,並研究得出端粒(telomere)與著絲粒(centromere)在染色體上的作用,由於其在細胞遺傳學的巨大貢獻,她在1944年成為美國科學院院士,1945年擔任美國遺傳學會主席。
在20世紀40年代到20世紀五十年代間,她發現了轉座子,同時也研究了其在控制基因表達方面的作用,她進一步發展了玉米代間性狀改變的基因調控理論。
1951年提出了可移動的遺傳基因(即「跳躍基因」) 學說──
基因可從染色體 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,為 研究遺傳信息的表達與調控、生物進化與癌變提供了線索。在她公布她的研究成果之後,等待她的並不是掌聲,並不是冷嘲熱諷,而是那從未消失的對女性,對她的冷嘲熱諷。面對這樣的境地,她在1953年決定從此不再發表論文!
但是歷史是公平的,歷史會證明一切,就像一句稱讚麥克林托克的話「她整整讓科學界追了她35年」。
1983年,81歲高齡的麥克林托克由於發現了可移動的遺傳物質獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。
有人說,20世紀的遺傳學裡面沒有26個字母,只有一個字母那就是:M。M代表了遺傳學的奠基人孟德爾(Mendal),遺傳學的開拓者摩爾根(Morgan),還有就是遺傳學的集大成者麥克林托克(McClintock)。

2她的故事

20世紀30年代,能夠與遺傳學領域第一個諾貝爾醫學獎或生理學獎獲得者摩爾根(T.H.Morgan)果蠅遺傳學並駕齊驅的是美國遺傳學家愛默森(R.A.Emerson)和麥克林托克(B.McClintock,1902~1992) 等人的玉米遺傳學研究。
麥克林托克
特別是麥克林托克的執著與堅守,以她與當時生物學發展潮流不相容的研究風格,以她敏銳的直覺和精闢的論斷,運用細胞學的觀察技術和遺傳學實驗相結合的研究方法,把玉米遺傳學的研究推向了一個新的高峰,極大地豐富和發展了細胞遺傳學,並做出了大大超越時代的「基因轉位」理論。
玉米轉座系統中的Ac-Ds控制因子
1941年6月,麥克林托克在冷泉港實驗室種植的印度彩色玉米中,發現了一系列奇特現象:其籽粒和葉片上的色斑變異頻率極高,而且毫無規律性。尋根究底的個性促使她在繼續研究中發下,在玉米細胞核中的9號染色體短臂上,有一特定位點經常發生斷裂並導致一系列表現型上的變化(如胚乳的色素、形狀等)。這樣就有可能通過觀察胚乳的色素、形狀來判斷染色體斷裂所帶來的效應。從研究染色體的斷裂端行為開始,她步入到玉米轉座系統的研究領域。
1944年的夏天,麥克林托克以植株同株自花授粉的方式種下了一批9號染色體帶有斷裂端的玉米,通過細胞學的檢測發現,其子代中染色體的斷裂仍發生在9號染色體的特殊位點上。斷裂的結果是,產生一個具有著絲粒的片段以及一個包括特殊位點在內的無著絲粒片段。無著絲粒片段遊離於細胞核中,造成它上面所攜帶的顯性基因缺失,於是同源隱性基因得到表達。從表現型上來看,由於抑制色素形成的顯性基因(I)丟失,致使胚乳糊粉層上無色的背景顯示出色素,這就是玉米籽粒上的斑斑點點。
麥克林托克敏銳地覺察到,不同於其它事件引起的偶然斷裂,該位點的斷裂是一種高度非隨機性的、可遺傳的事件。這就清楚表明,該位點上存在一個控制因子,它導致染色體的解離(斷裂),她命名為Ds因子(Dissociation,意為離異)。當她運用實驗方法精確測定Ds位點時,竟然發現Ds是不穩定的,它可以從染色體的一個位點跳到另一個位點。
仔細研究她還發現,Ds所導致的解離事件,似乎還受到另外一個因子的控制。麥克林托克觀察到,1944年夏天所種植的那批玉米,它們的籽苗幼葉上出現一種奇特的變異類型,即在幼葉上有一對同源區域(它們來自於一對姐妹細胞),其中一半表現為色素減少,而另一半則相應地表現為色素的增多。從這一逆向關係中,她領悟到,一定是在有絲分裂期間,兩個姐妹細胞中的一個得到了另一個細胞所失去的因子,該因子與調節突變頻率有關,或者說它控制著Ds的解離事件,致使同源區域的色素呈現出逆向關係,這就是Ac因子(Activation,意為活化)。
Ac因子與Ds因子構成一個控制體系,其中Ac因子的活動是自主的,亦即它能夠自發轉座(移位),並影響其它基因的表達;Ds因子的活動是非自主的,因其中央部分發生缺失,失去了自發移位功能,只有當基因組上有同一族的自主因子(如Ac)存在時,才能夠轉座(移位)。
遺傳學的實驗表明,Ac相當於一個顯性因子,它位於9號染色體長臂上,Ac因子與Ds因子隔開一段距離,但卻能遙控指揮Ds因子。但是,當欲精確定位Ac因子時,才發現Ac因子本身也可移動,又是一個轉座因子!
後來的實驗又進一步表明,Ds因子除了能導致染色體解離之外,它還可能引起鄰近基因的突變。當Ds因子插入顯性有色基因C附近時,致使C突變成為無色隱性基因c,或者說抑制了C的顯色功能,於是,在籽粒有色的背景上就出現了無色區域;另一方面,當Ds因子插入隱性無色基因c附近時,導致c突變為C,於是,在籽粒無色的背景上顯示出有色區域。由於Ds因子的跳躍是如此之快,致使它所控制的顏色基因時開時閉,從而表現為玉米籽粒上的斑斑點點。當然,這一切都需在Ac因子存在的情況下才會發生。
曾被看作是基因不穩定性所導致的玉米籽粒上的斑斑點點,現在通過基因的轉座理論,就有了一個合理清晰的說明。從1944年發現最初的線索起,麥克林托克整整花了6年的時間,才構築了一個完整的「基因轉座」理論體系。其間,大量的線索初看起來似乎毫不相關,零亂不堪。但是,麥克林托克堅定地相信,其中必定能找到規律,從而使這些數據顯現出意義來。這就是Ac-Dc體系的提出。
在Ac-Ds體系的背後,還蘊藏著許多奧秘。麥克林托克發現,Ac-Ds系統在5個已知位點上出現,其中3個與色素形成有關,第4個與澱粉組成有關,第5個與籽粒的形態有關。既然Ac-Ds體系能控制如此相異的基因行為,麥克林托克由此做出一個重要的推斷,這就是它也能控制任何其它基因的行為,所謂基因的突變也許正是它們活動的結果。
她的這一推論意義深遠,因為經典遺傳學的中心概念是把基因突變看作是隨機的、不受控制的,而麥克林托克卻猜測突變受某種控制因子制約,而這種控制因子的行為又是對細胞內外環境的改變所做出的反應。
麥克林托克用敏銳的眼睛和直覺推理能力,透過玉米籽粒上的斑斑點點,看見了轉座因子從染色體的一個位點跳到另一個位點,從一個染色體到另一個染色體的移動。這就是「會跳舞的基因」的發現。

基因調控模型的提出

麥克林托克理論的影響是非常深遠的,她發現能跳動的控制因子,可以調控玉米籽粒顏色基因的活動,這就是生物學史上首次提出的基因調控模型。該模型對後來莫諾和雅可布等提出操縱子學說,提供了重要的啟發。
轉座因子的跳動和作用控制著結構基因的活動,造成不同的細胞內基因活性狀態的差異,有可能為發育和分化研究提供新線索,說不定癌細胞的產生也與轉座因子有關。
轉座因子能夠從一段染色體中跑出來,再嵌入到另一段染色體中去,現代的基因工程技術也從這裡得到過啟發。轉座子的確是在內切酶的作用下,從一段染色體上被切下來,然後在連接酶的作用下再嵌入到另一切口中去的。
在1951年的冷泉港學術研究會上,麥克林托克報告了她對「基因轉座理論」的研究。然而出乎意料的是,當時一流的遺傳學家卻無法理解她所用的語言,麥克林托克受到了前所未有的冷遇。她的大大超越時代的「基因轉座理論」,與當年孟德爾(G.Mendel,1822~1884)的遺傳理論遭到了同樣的命運。
直到20世紀70年代,當細菌、酵母、果蠅中陸續發現轉座基因的報道之後,人們才想起麥克托克早在20世紀50年代初就對玉米中的轉座基因有過透徹的研究和報道。至此,麥克林托克那曾被看作是天方夜譚式的異端思想,才逐漸融入當代科學思想的洪流之中。
隨之各種榮譽也接踵而來:冷泉港授予她「卓越貢獻成員」榮譽稱號,1978年獲羅森蒂爾獎,1981年獲拉斯克基礎醫學研究獎(此獎有最佳諾貝爾預測獎之稱)、麥克阿瑟基金會獎和以色列的沃爾夫基金會獎。
1983年10月9日,斯德哥爾摩卡洛琳醫學院宣布:授予麥克林托克諾貝爾生理學或醫學獎。獎狀說,當麥克林托克做出「基因轉位」理論這項重大發現時,他的同時代人還沒有能夠認識到這個理論的重要意義。卡洛琳醫學院把麥克林托克的成就比之為一百年前遺傳學的偉大先驅孟德爾的成就。
當已經是80高齡的麥克林托克1人1983年獲得諾貝爾生理學或醫學獎后,科學界高度評價她的科學研究和人格。
她的早期同事、玉米遺傳學家M·盧德斯說:「我知道許多著名的科學家,但是只有一位,我認為是傑出的科學家,無疑是麥克林托克。」
哈佛大學的M·梅西爾遜推測說:「歷史將記載她作為奧妙而且複雜的遺傳理論的先驅」。
諾貝爾生理學或醫學獎獲得者、DNA分子雙螺旋結構的發現者之一的沃森(J.D.Watson)說:「她是個偉人,她孤軍作戰,標新立異。她的工作是極為重要的。」
中國著名遺傳學家談家楨教授也指出,麥克林托克走在時代前面,她的光輝發現應該獲得諾貝爾獎。
麥克林托克的一生,都對玉米情有獨鍾。而玉米遺傳學的研究,也正是她走向科學成功的關鍵。如果不是麥克林托克以玉米作為遺傳學的實驗研究材料,也許我們今天還無緣與「基因轉座」相識。
透過麥克林托克的研究思路,我們可以看到一種嶄新的科學思維模式正在興起。那就是:以尊敬代替征服,以創造性的想象代替分析、還原的邏輯。
麥克林托克把自己的感情融入於研究對象之中,她用「基因組的震驚」(Genome shock)這一類概念來描述基因的行為。彷彿一個基因能夠覺察到各種情緒,如沮喪、興奮等;也還能識別複雜的挑戰,以尋求智慧的解決方法。總之,基因組就像有它自己的生命。在麥克林托克看來,轉座因子的移動也正是生命體對內外環境的改變所做出的反應,這些也許正構成了進化的基因機制。
麥克林托克的思想連接過去與未來,橫跨我們的時代。她的細胞遺傳學研究在當時就為她贏得了聲譽;她對「基因轉座」理論的貢獻是劃時代的,正在被今天的我們所接受;而她的進化觀念也許將成為留給未來時代的一份貴重禮物。
「多少年來,我在對於玉米遺傳的研究中已獲得很多的歡樂。我不過是請求玉米幫助我解決一些特殊的問題,並傾聽了她那奇妙的回答。」
這就是麥克林托克的人生。
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