巴巴拉.麥克林托克檢視原始碼討論檢視歷史
 |
| 芭芭拉·麥克林托克 ( 科學家，細胞遺傳學家) | |
|---|---|
|
傑出的細胞遺傳學家 | |
| 出生 | 1902年6月16日 |
| 國籍 | 美國 |
| 職業 | 科學家，細胞遺傳學家 |
| 知名作品 | 1983年獲得諾貝爾生理學或醫學獎 |
巴巴拉·麥克林托克
芭芭拉·麥克林托克（Barbara McClintock，1902年6月16日－1992年9月2日），生於美國康涅狄格州，美國科學家，傑出的細胞遺傳學家，是第一位單獨獲得諾貝爾生理學或醫學獎的女科學家。1927年在康奈爾大學完成了植物學博士的學歷。她開發了透視化技術，並用顯微技術分析玉米染色體，包括減數分裂中，染色體交換訊息造成基因重組的機制。她提出了第一個玉米遺傳圖譜，將表型特徵和染色體位置連結，揭示了端粒和着絲粒的角色。1944年成為國家科學院的成員。1983年獲得包括諾貝爾生理學或醫學獎的殊榮。1992年9月2日逝世。
人物簡介
巴巴拉·麥克林托克（Barbara McClintock，1902-1992）是20世紀具有傳奇般經歷的女科學家。1902年6月16日生於美國哈佛城。在紐約的康奈爾大學學習，1923年獲科學學士，1925年獲文學碩士，1927年獲哲學博士，畢業後先去康奈爾大學工作，1942年後在冷泉港卡內基學院工作她終身從事玉米細胞遺傳學方面的研究。 1939年，她當選為美國遺傳學會主席。她始終是遺傳學主流中的中堅人物。
1992年9月2日，在冷泉港，她與世長辭。麥克林托克終生未婚，她把全部的摯愛都奉獻給了玉米，奉獻給了遺傳學事業。
曾任密蘇里大學助教。自1941 年起，任卡內基研究所研究員。主要從事玉米果實斑點現象的遺傳研究，發表了<移動的控制基因>學說。1983年獲諾貝爾生理學醫學獎。
科研生涯
1919年，麥克林托克在康乃爾大學農學院選修了一門唯一向本科生開放的遺傳學課程。在當時，幾乎很少有學生對遺傳學產生興趣，但麥克林托克卻對這門課有着強烈的興趣，引起了主講教師赫丘遜的注意。赫丘遜來電話邀請她選修康乃爾大學專為研究生開設的其它遺傳學課程。麥克林托克欣然接受了他的邀請，並就此踏上遺傳研究的道路。
同時，麥克林托克還選修了植物學系夏普教授開設的細胞學課程。夏普的興趣集中於染色體的結構以及在減數分裂和有絲分裂期間它們的行為的研究上。當時，染色體正在受到人們的強烈關注，被認定是「遺傳因子」的載體。麥克林托克在康乃爾大學植物學系讀研究生時，毫不猶豫地認準了這一研究方向——細胞遺傳學。
當時的康乃爾大學是玉米遺傳學的中心，這一研究傳統由愛默生（Rollins A·Emerson）教授所創立。玉米具有明確可辨的遺傳性狀，當時已證明它籽粒上糊粉層的顏色以及胚乳的性質，均受孟德爾遺傳因子所控制。玉米同果蠅不同，它一年才一熟，這就為研究人員細緻深入的研究提供了充裕的時間。玉米遺傳學研究，集中在對突變性質的發現、描述、定位和積累上。如果說，是愛默生開創了玉米遺傳學，麥克林托克則成功地實現了玉米遺傳學與細胞學的聯姻。
在研究生期間，麥克林托克給一位細胞學家蘭道夫擔任助教。蘭道夫是一位頗有成就的細胞學家，他對玉米籽粒發育的細胞形態學的詳盡研究。當時，他立志要完成的一項工作是確定玉米細胞中不同染色體的形態特徵。然而，他所選取的根尖切片細胞，其中期染色體是如此之小，以至無法確定其細節特徵。
1925年，麥克林托克來到了蘭道夫的實驗室，事情立刻發生了戲劇性的變化。麥克林托克一下子抓住了問題的關鍵。她發現，對於細胞學研究來說，玉米的根尖切片遠不是一種合適的材料，相反，玉米的小孢子細胞在分裂過程中，其中期或後期染色體更為清晰可辨。恰好貝林發明一種新乙酸洋紅塗片技術，這種方法特別適合於玉米，通過它可觀察到每一條玉米染色體分裂和複製的全過程。麥克林托克採納了這一方法，加之選用的材料合適，經過幾周的努力，她鑑定出玉米細胞中每條染色體的不同形態特徵。根據染色體的長度，她把最長的一條命名為1號染色體，最短的一條命名為10號染色體。
研究領域
麥克林托克的玉米研究始於30年代，玉米籽粒有黃、藍、褐和紅色，顏色是由籽粒內胚乳外表層的色素決定，而籽粒色素的合成是由玉米花粉帶有的不同色素基因決定的。麥克林托克發現玉米粒的遺傳不穩定，色素基因遺傳有些不符合孟德爾的遺傳規律。接着麥克林托克又發現色素基因是在第9號染色體上，當第9號染色體上的一個基因小片段從一個位置移到色素基因附近位置時，就產生了變化，因而提出了基因跳躍學說，認為遺傳基因可以轉移，轉移後的基因可以從染色體的一個位置跳到另一位置，甚至從一個染色體跳到另一個染色體，麥克林托克把這些能控制色素基因的遺傳因子稱為控制因子。
1948～1951年，她先後研究了幾族控制因子，這些控制因子不僅控制色素基因，也控制其他一些性質。麥克林托克的發現，當時並未引起科學家的重視。一方面由於霍利等人發現DNA分子的遺傳密碼，吸引了人們的注意，另一方面，就小片段基因插入的效果講，打亂了基因的遺傳密碼，應該引起一系列變化，所以麥克林托克的只控制某一相鄰基因的結果不好理解。
人物成就
她的工作得到了摩爾根和埃默森等科學巨擘和其他人的支持，其成就可以與當時正飛速發展的果蠅遺傳學相媲美。在當時風盛輕視婦女的美國科學界，她被公認為是僅有的幾個出類拔萃的人物，周圍一片讚揚聲。然而就在取昨如此輝煌的成就之際，麥克林托克開始了後來證明是她一生中最重要的研究——轉座的研究，並在六年後發表了論文。但是，這一實驗遠遠超越時空的，在當時，即在整個50年代和60年代都沒有人能理解和接受。她的威望從光輝的頂點跌落下來了，她游離於科學的主流之外，被遺傳學界摒棄了。
幸虧麥克林托克長壽，使她親眼看到了自己的非正統理論為她重新贏得了聲望和榮譽——1983年獲得瑞典皇家科學院頒發的諾貝爾生理和醫學獎 。成為世界上第一位獨享諾貝爾獎的女性。
遺傳學與細胞學聯姻
1927年春天，麥克林托克獲得康奈爾大學的博士學位。繼續研究玉米中每一條染色體的形態特徵以及與遺傳性狀的關係。麥克林托克在玉米的細胞遺傳學方面發表了一系列高質量論文，深受摩爾根的賞識。
由於麥克林托克已能精確地鑑定玉米細胞中每一條染色體的形態特徵，這就為細胞學與遺傳學的聯姻提供了良好的條件。到1931年為止，在麥克林托克及其他人的努力之下，在玉米中所發現的10個遺傳連鎖群已與10條染色體之間建立起了一一對應的關係。1931年，麥克林托克發現，9號染色體在其短臂的末端有一個明顯的結。具染色結的染色體攜有基因C、基因sh和基因wx。遺傳學交換實驗表明，這些基因次序為wx—sh—C，並且它們都位於具染色結的短臂上，因此，可以確定染色結和這些基因之間為一連鎖關係。這一實驗不僅令人信服地證實了基因與特定染色體之間的關係，而且它還是發現「轉座」的序曲。因為麥克林托克首次發現轉座基因（Ds）就是位於這一結節附近，它對基因C所產生的影響，導致玉米籽粒的糊粉層顯示出斑斑點點的景觀。
轉座概念浮現
麥克林托克發現，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，這一發現極其重要。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。
1944年的夏，麥克林托克以自株授粉方式種下了這樣一批9號染色體帶有斷裂端的玉米，細胞學檢測發現，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，產生一個具有着絲粒的片段以及一個包括特殊位點在內的無着絲粒片段。無着絲粒片段游離於細胞核中，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。
麥克林托克敏銳地看到，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，這就表明，該位點上存在一個控制因子，它導致染色體的解離，她命名為Ds因子。當麥克林托克運用三點測交欲精確地測定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。這就是"轉座"概念首次浮現。
AcDs轉座系統
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年夏天種植的那批玉米，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，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，麥克林托克領悟到，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，或者說它控制着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。Ac與Ds構成一個控制體系，其中Ac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）。
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「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。
鍾情於經典遺傳學方法
麥克林托克的教育背景以經典遺傳學為主，相比於分子遺傳學，經典遺傳學有其獨特的優越性，因為它直接將基因與功能對應起來，省去了中間過程，而不是像分子遺傳學家那樣，僅關注於基因決定蛋白質的過程上。對麥克林托克來說，她主要是用她的眼睛以及直覺推理能力，再輔之以顯微鏡和少數簡單的反應物，當然還有正確的雜交試驗，她選擇、分析、保存了大量有用的玉米株系，提供給任何對此感興趣的人。
麥克林托克憑着一雙訓練有素的眼睛，她總能看出一些不尋常的事例，比如有色背景上無色區域的分布，或是染色體上某一特殊位點的斷裂。而接下去的推理又是如此複雜，對事實的分析一環緊扣一環，以至令許多遺傳學家難以理解。但是，它卻充分展現了人類智力以及想象力所能達到的深度。正如她鍾情於玉米一樣，她也鍾情於經典遺傳學的方法，因為它富有想象力，並且直接面對活生生的功能。
不同於分子遺傳學的獨特視角
對於一個分子生物學家來說，他們更多地將細胞僅僅看作是一個試管，裡面充滿了蛋白質和核酸複合物。而麥克林托克則首先把生命體看作是一個有序的整體，其中的每部分都處於相互聯繫的網絡之中，對於微小的擾動，它能發揮有益的調整功能，轉座體系即是其中的一部分。這一獨到的體驗也深深地影響了分子生物學家。夏皮洛（J·A·Shapiro）回憶道，當他於20世紀70年代後期首次與麥克林托克接觸時，他才意識到這些因子必須整合到有機體的整體功能時才有意義——正是循着這一正確的思路，他才深入到了細菌的遺傳系統之中，並做出獨到的發現。對自然的而非人為狀態的珍視，正是麥克林托克不同於分子生物學的獨特視角，也是她對生物學思想的一份厚重貢獻。
開啟通往分子遺傳學的另一扇門
正如諾貝爾頒獎委員會的致詞中所指出的，麥克林托克的成功，其意義遠遠超越了科學本身，「對於當局來說，保證科學的獨立研究是多麼重要；對於年輕的科學家來說，則證明簡單的手段也能作出巨大的發現。」
對於玉米籽粒上色斑的研究，初看起來似乎毫無應用價值。麥克林托克純粹出於一種科學上的而非實利上的興趣，默默地耕耘於這片園地之中。最終轉座因子被證明不僅控制着玉米上籽粒色素的形成，更重要的，它還存在於其它生物之中。有關它的機理、轉座過程中所發生的具體步驟，仍是今天分子遺傳學所面對的重大課題。因此，麥克林托克的工作雖然是在經典遺傳學框架內完成的，但她同時也開啟了通往分子遺傳學的另一扇門。
重大發現
她在玉米中發現了「會跳舞」的基因。基因在染色體上作線性排列，基因與基因之間的距離非常穩定。常規的交換和重組只發生在等位基因之間，並不擾亂這種距離。在顯微鏡下可見的、發生頻率非常稀少的染色體倒位和相互易位等畸變才會改變基因的位置。可是，麥克林托克這位女遺傳學家，竟然發現單個的基因會跳起舞來：從染色體的一個位置跳到另一個位置，甚至從一條染色體跳到另一條染色體上。麥克林托克稱這種能跳動的基因為「轉座因子」（通稱「轉座子」，transposon）。
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，這是生物學史上首次提出的基因調控模型，對後來莫諾和雅可布等提出操縱子學說提供了啟發。轉座因子的跳動和作用控制着結構基因的活動，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DNA重組和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。
中國遺傳學者王身立教授曾在1982年與談家楨教授一起預言，麥克林托克會獲諾貝爾獎。翌年，麥克林托果然榮獲諾貝爾生理學醫學獎。
獲得榮譽
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、麥克阿瑟基金會獎和以色列的沃爾夫基金會獎。1983年，她摘取科學界的最高桂冠——諾貝爾醫學與生理學獎。
學說借鑑
60年代後，由於在臨床上對抗體種類繁多問題的研究，使人們對基因的跳躍學說開始重視。醫學上在腫瘤研究中，發現腫瘤基因插入到寄主細胞染色體的特定位置，可以引起宿主細胞癌變，證明了麥克林托克的基因跳躍學說。基因跳躍學說使人們認識到基因位置並不像以前認為的那麼穩定，指出了在生物發育中基因是怎樣變化的，以及移動基因是如何改變細胞遺傳物質的等。