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世界上最伟大的玉米是哪个?

尹哥聊基因 尹哥聊基因 2022-11-08

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无奖竞猜:上图最伟大的玉米是哪个?(图片来源于网络)一粒小小的玉米能发挥多大的作用?印第安人依赖它构建产起灿烂的文明,现代人依靠它搭建起系列工业体系,时至今日,全人类的生存繁衍都离不开这一最重要的食物来源。而在生命科学领域,玉米也成为人类认识基因科学、探索生命奥妙的最重要载体

早在上个世纪,对玉米的研究,让“跳跃基因”这一生命领域的神奇现象提前展现在世人面前,也造就了迄今为止历史上唯一一位独立获得诺贝尔生理学或医学奖的女性科学家芭芭拉·麦克林托克(Barbara McClintock)。

“跳跃基因”,后来被命名为转座子(transposon,Tn),是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位,研究表明转座子存在于所有的生物体内,人类基因组中有35%以上的序列为转座子序列,其中大部分与疾病相关

麦克林托克的一生可谓坎坷,37岁发现“跳跃基因”,49岁完成研究,被学术界曲解长达32年后,终于在81岁才因此获得诺奖,最终于1992年去世,享年90岁。今年,是麦克林托克逝世30周年暨诞辰120周年,谨以此文,致敬这位坚韧伟大的科学家。

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与玉米的不解之缘

1902年6月16日,麦克林托克在美国康涅狄格州出生。童年的她长期被寄养在纽约布鲁克林的叔叔家中,由此养成了孤僻和独立的性格,直到上学时才得以回归原本的家庭。

然而,在那个年代,美国社会对女性仍保持着旧时代的偏见,担任研究员成了男性的“特权”,知识女性宁可当工人、教师,也绝不走当科学家这条道路。尽管麦克林托克在中学阶段就已显露出对科学的热爱,但也不被允许进一步深造,后来费了许多周章,才得以进入康奈尔大学。可笑的是,该校当年并不允许女性主修遗传学,即便对遗传学充满热情、研修了相应课程并取得不少成果,麦克林托克也只能被授予植物学博士学位

△麦克林托克在实验室工作(来源:wikipedia)

社会的歧视、人们的偏见,并没有影响麦克林托克在科学道路上的探索。在研究生阶段,她就发起成立了玉米细胞遗传学研究小组,并由此开启长达一生的玉米研究。

此后的十余年里,她在玉米染色体遗传变异方面取得许多重大发现,如染色体的易位、倒位、缺失、环状染色体、双着丝粒染色体、断裂-融合-桥周期、核仁组织区功能等,开发了可视化玉米染色体技术、绘制了第一个玉米遗传图谱,并促进了细胞遗传学的建立42岁时,青年麦克林托克就当选美国科学院院,并很快担任美国遗传学会主席。然而这一系列成就,还远远不是她人生的“高光时刻”。

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“跳跃基因”的发现

随着对遗传学研究的进一步深入,1938年,麦克林托克发现并提出了“跳跃基因”的概念,虽然但彼时还没有弄清其中因果。

1941年,麦克林托克来到著名的冷泉港实验室,正式开启对“跳跃基因”的研究,并先后于1950年、1951年发表了《玉米易突变位点的由来与行为》《染色体结构和基因表达》两篇论文,阐述了相关的现象和机制。麦克林托克通过印度彩色玉米发现:

玉米粒颜色受9号染色体上的基因控制,例如控制色素形成的C基因,但在C基因附近又有一个Ds基因(称为解离因子)控制了它的表达。当Ds基因存在时,C基因不能表达,色素无法合成;Ds基因不存在时,C基因正常表达,玉米粒表现有色。而Ds基因又受到Ac基因(称为激活因子)的支配,Ac基因存在时,Ds基因从染色体上解离,C基因正常表达;Ac基因不存在时,Ds基因不解离,C基因受到抑制。在这一系统中,Ds基因与C基因位于同一染色体的相邻位置,Ac基因却与它们相距很远,甚至不在同一染色体上。Ds基因解离后,可以离开C基因去其他地方,也可以重新整合在C基因附近,这就是所谓的“跳动”。由于Ds基因解离时间有长有短,玉米粒的色斑就有大有小。(此段主要解释玉米的跳跃基因,不要放弃,试着读一读~)

△麦克林托克的研究对象——彩色玉米(尹哥拍摄)

在当时,人们的知识体系远远无法承载这一伟大发现,甚至还不知道什么是DNA。麦克林托克在细胞水平上对基因的追踪已然冲破了时代的桎梏,为生命科学添上了一块极为重要的拼图,但主流学术界却没有因此感到丝毫兴奋,反而投来异样的目光,使得麦克林托克的人生迅速跌落“低谷”。

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基因江湖里的独行侠

当时科学界的主流观点认为,基因在染色体上是固定不变的,它们有一定的位置、距离和顺序,麦克林托克的“跳跃基因”不仅与主流观点背道而驰,甚至显得有些“离经叛道”,以至于大家都认为她疯了。渐渐的,同事朋友们与她疏远,她也只能离群索居,在最孤独的领域踽踽独行,几乎成了孤家寡人。

1953年,当詹姆斯·沃森(James D.Watson)和弗朗西斯·克里克(Francis Crick)发现DNA的双螺旋结构,自此开启分子遗传学时代。随后,法国科学家弗朗索瓦·雅各布(François Jacob)和莫诺(Monod,Jacpues Lucien)提出了乳糖操纵子模型,揭示了生物体内基因的调控机制,并于1965年获得诺贝尔奖。雅各布和莫诺的发现极大地鼓舞了麦克林托克,她还专门发表了一篇题为《玉米和细菌基因控制体系的比较》的论文,但依然遭到学术界的冷眼和无视。

科学毕竟是科学,真的就是真的,着分子生物学和分子遗传学的进一步发展,科学家们逐渐发现了和“跳跃基因”学说相似的现象,这才惊讶于麦克林托克超越时代的研究,不得不重新审视这一成果。1976年,在冷泉港召开的“DNA插入因子、质粒和游离基因”专题研讨会上,人们才明确地承认可用麦克林托克的术语“跳跃基因”来说明所有能够插入基因组的DNA片段。

1983年,瑞典卡罗林斯卡医学院决定将生理学或医学奖授予这位不屈不挠的科学先驱,而此时的麦克林托克已经81岁高龄。虽然这一奖项迟到了32年,但她终究是在有生之年获得学术界的认可,也算是为这段人生的“遗憾”画上了句点。

△麦克林托克发表诺奖获奖演讲(来源:wikipedia)

1992年9月2日,在无数荣耀光环的加持下,这位膝下无儿无女、将一生都献给科学的泰斗,走完了自己孤独的一生。

科学对麦克林托克来说从来不是什么赚取名利的手段,而是她的热爱本身。在经历过人生的潮起潮落后,她仍旧淡然:“倘若你认为自己迈开的步伐是正确的,并且已经掌握了专门的知识,那么,任何人都阻挠不了你。不必理会人们的非难和品头论足。

麦克林托克的一生,有精彩,有落寞,而她的故事,也不断警醒着我们:科学需要被质疑,简单地相信当下的科学,就是无神论造神。

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