芭芭拉·麦克林托克

芭芭拉·麦克林托克 - 简介

   20世纪前半期,遗传学界有三位伟大的科学家,他们的姓氏都以一个大写的字母M开头,这就是众所周知的孟德尔(Mendel G.J.)、摩尔根(Morgan T. H.)和麦克林托克(McClintock B.)。
 

芭芭拉·麦克林托克 - 历史

芭芭拉·麦克林托克是一位女科学家。她于1902年6月16日出生于美国康涅狄格州的哈特福德。1923年在康乃尔大学农学院获理学学士学位，1927年获植物学博士学位。在20世纪20~30年代，麦克林托克主要在康乃尔大学从事玉米遗传学的研究。以埃默森为首的玉米遗传研究小组与摩尔根的果蝇研究小组，可以说是当时蓬勃兴起的遗传研究的两支劲旅。麦克林托克是玉米研究小组的主要骨干成员。她一生未婚，但对玉米可以说是情有独钟。有关玉米染色体遗传变异的许多重大发现（如易位、倒位、缺失、环状染色体、双着丝粒染色体、断裂-融合-桥周期和核仁组织区功能等）都与她有关，她还成功地阐明了脉孢菌减数分裂的全过程。可以说，她以玉米遗传学的研究成果推动和促进了细胞遗传学这一遗传学分支学科的建立。但是，真正使她名垂科学史册的却是她在玉米中对可移动基因——转座基因（俗称“跳跃基因”）的研究。
   1941年6月，麦克林托克进入美国纽约长岛的冷泉港实验室，正式开始了她的著名研究。此前，她早已发现，在印度彩色玉米中，籽粒和叶片往往存在着许多色斑。色斑的大小或出现的早晚受到某些不稳定基因或“异变基因”的控制。她发现玉米籽粒（或叶片）颜色的有无是受一些位于9号染色体上的基因控制的，例如控制色素形成的基因C。有C基因存在，籽粒（或叶片）有色，没有C基因，则表现无色。但是，在C基因附近，有一个Ds基因（称为解离因子）又控制了C基因的表达或表现。当Ds基因存在时，C基因也不能使籽粒表现有色，即色素不能合成，所以仍然表现无色。Ds基因如果离开C基因，即从原来位置上断裂或脱落，C基因又重新得以表达，籽粒表现有色。然而，Ds基因能否发生作用，也就是说能否从染色体上解离，又受到第三个基因Ac(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，从而解除了它对C基因的抑制,C基因得以表达，籽粒表现有色。Ac不存在时，Ds不解离，C基因受到抑制，不能表达，籽粒表现无色。这就是麦克林托克发现的“Ds Ac调控系统”。尽管“转座基因”的概念她在1938年就已提出，但是这一调控系统却是她从1944年至1950年整整花了6年时间才完全弄清楚的。
   在这一系统中，Ds基因与C基因位于同一染色体上的相邻位置，Ac基因与Ds基因却相距很远，甚至不在同一染色体上，但是它却对Ds基因起激活作用。Ds基因解离之后，可以移动位置，它可以离开C基因到达别的地方，也可以重新整合在C基因附近，也就是说它可以“跳动”。
   由于Ds基因解离的时间有早有晚、有长有短，表现在籽粒上的色斑就有大有小。换句话说，玉米籽粒（或叶片）之所以出现色斑，以及色斑的大小，既决定于色素基因C的表达，也是由于另外一个或多个基因调节和控制的结果。这是麦克托克在细胞学水平上的对基因的追踪，尽管当时人们还不知道什么是DNA。
   基因在染色体上能移动位置，也就是说能“转座”，能“跳动”，在当时遗传学家们那里简直是闻所未闻。因为按照传统的观念，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，它们只可以通过交换重组改变自己的相对位置，通过突变改变自己的相对性质；但是，要从染色体的一个位置“跳”到另一个位置，甚至“跳”到别的染色体上，那是科学家们从来没有想过的。因此，他们在读了麦克林托克1950年发表的《玉米易突变位点的由来与行为》和1951年发表的《染色体结构和基因表达》两篇论文，了解了她在做些什么工作之后，简直不敢相信，都认为这个女人也许是发疯了。
   尽管不被理解，但麦克林托克却不改初衷，坚持她的试验结果。不久她又发现了被称为Spm的另一转座突变调节体系。由于与传统的遗传学观念背道而驰，这使她限于孤立无助的境地。人们用怀疑、惊讶的异样目光看待她。这位原来在美国遗传学界享有盛誉的女科学家（1944年被选为国家科学院院士，1945年担任美国遗传学会主席，曾获得多次国家奖励），经受了她一生中相当长时间的孤寂和苦闷，朋友和同事大都和她渐渐疏远，她只好离群索居，几乎成了孤家寡人。
   当1953年沃森和克里克发现遗传物质DNA的双螺旋结构，遗传学已从微生物遗传学进入了分子遗传学的崭新阶段。20世纪60年代初，法国科学家雅各布和莫诺用大肠杆菌作试验，提出了乳糖操纵子模型，揭示了生物体内基因调控的机制。这对麦克林托克是一个很大的鼓舞，她认为乳糖操纵子模型与她的DsAc系统实在是太相似了，她为此专门写了一篇论文《玉米和细菌基因控制体系的比较》发表，以期引起科学界对她的重视。然而，科学界很快接受了雅各布和莫诺的学说，他们两人也因此于1965年获得了诺贝尔奖金，但人们仍然无视麦克林托克的转座因子，仍然把她和她的理论视为另类和异端。
   然而，科学理论毕竟是科学理论。真应了一句俗话：假的真不了，真的假不了。分子生物学和分子遗传学的进一步发展，科学家们在细菌、真菌乃至其他高等动植物中都逐渐发现了许多与麦克林托克转座因子相同或相似的现象。例如，1963年泰勒发现噬菌体Mu能随机地插入细菌染色体基因组内；1966年，贝克威斯等在大肠杆菌中发现了可以整合在染色体上、也可游离于染色体外的F因子（性因子）；60年代末，科学家们在大肠杆菌中发现存在所谓的“插入序列”（IS）；后又在沙门氏菌中发现了基因的流动性（转座子）和抗药性基因等。这一系列的发现，迫使人们不得不重新回过头来审视麦克林托克在玉米中的研究，特别是通过对麦克林托克工作比较清楚的几位科学家的努力，人们逐渐认识了麦克林托克的研究成果，惊讶她超越时代的科学发现以及她那不屈不挠超越常人的意志和毅力。1976年，在冷泉港召开的“DNA插入因子、质粒和游离基因”专题讨论会上，明确地承认可用麦克林托克的术语“转座因子”来说明所有能够插入基因组的DN段。这时，人们才真的对她刮目相看了。现在回顾这段历史，我们完全可以这样说：麦克林托克才真正是基因调控的“调节-操纵子理论”的先驱。在40年代初期，她完全是通过个人的努力、用传统的遗传学和细胞学研究的手段，得出了“转座因子”的概念，解决了用分子生物学和分子遗传学的方法才能解决的问题，所以我们说她是走在时代前面的人。她的玉米转座因子已在分子水平上得到了证实。科学家们已经从好多种原核生物和真核生物中分离出转座因子，并进行了DNA水平的研究。麦克林托克在半个世纪以前提出的转座因子理论，对于后来分子生物学和分子遗传学的发展，对基因工程（DNA重组技术）、转基因研究、癌症研究和人类基因组计划的开展，无不具有极其重要的意义。
   

1983年，瑞典皇家科学院诺贝尔奖金评定委员会终于把该年度的生理学和医学奖授予这位81岁高龄的、不屈不挠的女科学家。她是在遗传学研究领域第一位独立获得诺贝尔奖的女科学家，也是世界上第三位独立获诺贝尔奖的女科学家（第一位是波兰著名女科学家玛丽·居里，第二位是英格兰的多罗西·克劳福特·霍奇金，她们两人都是化学家）。虽然这奖金迟到了35年，但麦克林托克终于在她的有生之年看到了科学界对她的承认。
   1992年9月2日，麦克林托克在冷泉港去世，终年90岁