19世纪下半叶到20世纪上半叶，遗传学界有三位伟大的科学家，他们的姓氏都以字母M开头。他们就是众所周知的孟德尔（GregorJohann Mendel）、摩尔根（ThomasHuntMorgan）和麦克林托克（BarbaraMcClintock）。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“DsAc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。

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DNA片段。这时，人们才真的对她刮目相看了。如今回顾这段历史，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。

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DNA片段。这时，人们才真的对她刮目相看了。如今回顾这段历史，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。

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。这是麦克林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。

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。

20世纪中国遗传学家的重要研究成果（2）

李汝祺—谈家桢等人的遗传学实验研究

冯永康（生命科学史研究者）

2022年8月28日笔者推出了《20世纪中国遗传学家的重要研究成果（1）——陈桢的金鱼变异、遗传与演化的实验研究》。

今天推出《20世纪中国遗传学家的重要研究成果（2）——李汝祺—谈家桢等人的遗传学实验研究》。

1 李汝祺的黑腹果蝇发生遗传学之研究

1923年，李汝祺进入美国哥伦比亚大学研究院，师从摩尔根（T.H.Morgan,1866—1945）及其弟子布里吉斯（C.Bridges，1889—1938）。在摩尔根的“蝇室”里，李汝祺利用丰富的实验材料，从事黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）发生遗传学的研究。经过3年的艰辛工作，他以博士论文《果蝇染色体结构畸变在发育上的效应》顺利通过答辩获得博士学位。该篇论文主要从实验胚胎学的角度，注意到果蝇成虫芽体的发育与胚胎发育时间表；重点研究了环境因素，如食物、温度等对染色体产生变异（断缺、缺失等）的结果；揭示了发育过程的独立性程度及它们对环境因素、遗传因素的不同依赖性，从而建立起基因型和表型之间的关系。

李汝祺的博士论文被发表在美国著名学术期刊Genetics上（1927年第12卷第2期）8年之后，美国的普鲁逊（D.F.Poulson）等学者，才开始对黑腹果蝇发育致死胚胎学进行研究。该篇博士论文至今仍被国际遗传学界公认是世界上最早以黑腹果蝇为实验材料，研究发生遗传学的经典性文献。

图2.2  李汝祺“果蝇染色体结构畸变在发育上的效应”之博士论文

作为在摩尔根实验室第一个获得博士学位的中国学生李汝祺，1926年回国后，在所任教的大学中创建了细胞遗传学实验室。他以带回的黑腹果蝇和取之于国内的瓢虫、马蛔虫等为实验材料，做了大量的开创性遗传学研究工作，取得不少富有特色的研究成果。他特别注意把胚胎学、细胞学和遗传学结合起来，开辟了发生遗传学研究的新领域。

1920—1940年代，李汝祺陆续进行了黑腹果蝇、瓢虫基因互作的研究，黑斑蛙和狭口蛙的胚胎发育和变态的研究，还进行了直翅目昆虫精子形成、瓢虫的精子和卵子形成及其性染色体的研究，以及中国马蛔虫染色体的研究，等等。这些早期的实验研究成果，为李汝祺在年逾八旬时，历时四年、五易其稿，熔细胞学、胚胎学和遗传学的研究成果于一炉，完成长达60万字的大型专著《发生遗传学》（科学出版社，1985年），奠定了坚实的基础。

谈家桢的亚洲异色瓢虫“嵌镶显性”遗传之研究

1930年，谈家桢在李汝祺门下攻读硕士学位时，就开始了对亚洲异色瓢虫鞘翅色斑的变异和遗传问题的系统研究，并逐步为群体遗传学的研究积累实验数据。1932年，他的研究论文《异色瓢虫鞘翅色斑的遗传》的核心部分，第一次在美国的 The American Naturalist杂志上发表，同时申请到赴美国摩尔根果蝇实验室攻读博士学位的机会。

1934年，谈家桢来到被称为国际遗传学研究中心的果蝇实验室，在摩尔根及其弟子杜布赞斯基（Th.Dobzhansky, 1900—1975）的指导下，进行细胞遗传学理论和实验技术的深造。在“蝇室”里，他利用研究果蝇唾液腺巨大染色体的新技术，先后对两个近缘种果蝇的染色体结构的差别及演变规律进行了开创性的研究，于1936年获得博士学位。期间，谈家桢将研究结果撰写成《果蝇常染色体的遗传与细胞图》等论文，陆续发表在Proceedings America（美国国家科学院院报,缩写PNAS）、Genetics等重要的学术期刊上。这些成果被称为是细胞遗传学的经典性研究，被引进现代综合进化理论的创立者杜布赞斯基的代表作《遗传学与物种起源》一书中，为杜布赞斯基等学者创立的现代综合进化理论，提供了重要的实验依据。

1937年谈家桢留美回国后，在浙江大学开设起遗传学和细胞学的课程，并开始招收他的第一届硕士研究生。1939—1946年，在浙大西迁的艰难岁月里，在贵州湄潭的破陋唐家祠堂中，在微弱的桐油灯光下，谈家桢先生通过对亚洲异色瓢虫鞘翅色斑遗传的深入研究，完成了他的科学人生中最有价值的遗传学研究成果——“嵌镶显性”遗传现象的发现。

axyridis”（异色瓢虫H.axyridis色斑遗传中的嵌镶显性）研究论文，发表在美国的Genetics杂志上。这篇论文被认为是遗传学研究中的一个经典性的工作，是对孟德尔－摩尔根遗传理论的丰富和发展。

图2.4  谈家桢的“异色瓢虫H.axyridis色斑遗传中的嵌镶显性”之研究论文

1948年，谈家桢出席了在国际科学史上被视作重要分水岭的第八届国际遗传学大会，并当选为国际遗传学联合会的常务理事。

3 徐道觉、刘祖洞在人类和医学遗传学领域的研究

1950年代初期，谈家桢的第一代研究生徐道觉(T.C.Hsu)，在美国德州大学加尔维斯顿医学院实验室接受博士后训练中，发现了低渗溶液预处理技术。1952年，他在美国Journal of Heredity(第43卷)杂志上发表了题为“体外哺乳类染色体：人的核型”之论文，为人类和医学遗传学的研究，提供了强有力的方法与技术手段。

1948年，徐道觉首先报道了人类中一种隐性遗传的折叠舌。

1949年，同样为谈家桢的弟子的刘祖洞，与徐道觉共同发表了“中国人群一样本中的折叠舌和卷舌”等研究论文。这是中国遗传学家在人类和医学遗传学领域中，在国际学术期刊上报道的早期实验研究论文。

刘祖洞等通过对安徽省安庆地区115种单基因疾病、染色体病和一些先天性疾病进行系统且全面的调查，以及采集血样的分析，撰写并发表了“大别山‘痴呆病’病因的遗传学研究”等研究论文，这项当时属于国内开创性的研究工作，为以后人类遗传病的深入探索，提供了详实参考资料和研究方法。

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