从玉米探索基因体的奥秘

1、舌基因ft翳擘(11)徙玉米探索基因ft的奥秘BarbaraMcClintock一跳蹬基因的凌3M者一耋大翳院前推!舟1983年生理及瞽给高窗令81的BarbaraMcClintocK女士。在她亵现基因11的奉尊位(transposition)之彳爰32年，余冬於受到世人肯定。同一年，她所描述的解高隹子及敬9b子(dissociator&activator)斡位因子也被真正分离隹出来，使她的更悬具醴化。在人基因醴定序完成的今日，我凭知道人基因H上有高逵45娓所耦的隼笔位罩元(transposableelements),而造些奉尊位军元在生物基因醴的形塑典迤化上扮演相富重要的角色。McClint

2、ocK早在DNA勺曼螺旋余吉横被揭嗪前，就懑著封玉米仁1色瓢比密的觐察提出基因辅位的觐念。虽隹然富日寺的界黑乎瓢人理曾，但畤余冬於瞪明造位玉米田木里的先知碓U在全瓢分子生物技彳行的愤助之下，褐力揭了基因11一项趣其重要的秘密。1902年McClintocK出生於一彳固瞽生的家庭。1919年她不H父母的反封，迤入康乃豳大的院，日寺年17她的大生活充满了罪趣，但是到大三快余吉束的日寺候，她就朝著事渠科家通迤。大三日寺她接斶到一叩封她特别有典趣的遣傅修完之彳爰教授鼓勘她更迤一步去修H研究所的遣傅但是由於U遣傅的植物育槿系不收女研究生，因此她只得到植物系的研究所言主册，主修系田胞(研究染色H)副修遣傅

3、及勤物迤入研究所之彳爰，她在植物系系田胞教授沙普(LesterSharp)的指蹲下，了余田胞的1T瞬技巧(其1T是觐察染色醴的方法,也很快地可以褐立完成1TMo沙普教授IS定她具有研究而全力支持她的研究工作，给她的自由。在脸研究所的第一年，她赞明了一槿玉米染色H的辨ti方法，能别分辨出玉米系田胞的各彳固染色H。富日寺有人刚赞展出一新技彳行，大大地曾化了以K微觐察染色醴的玻片?IM#手McClintock更符之作了的改迤，使它的方法更遹合玉米的研究工作。遇染色的玉米系田胞在分裂及的周期中，各彳固染色I1的勤向很容易觐察。建用造些新技巧，她把玉米十修染色H依晨度予以褊虢(最晨的1虢？最短的10虢)

4、，同日寺她也辨IS出各僚染色醴特殊的型熊包括是度、形状典情造。更重要的是不同品系玉米具染色醴形憩差巽很大，I示有些染色I1特徵可以用来襟不同玉米品系的遣傅特徵，例如某彳固品系的第九虢染色I1尾端，具有一彳固明K而深色的余吉，辨11些染色H上余田微特徵的本事，成悬她日彳爰探索遣傅领域的有力工具。而McClintock真的藉此在接下的襄年内，利用玉米迤行其他生物都做不到的精密余田胞遣傅(cytogenetics)分析，陛表了言午多性的文，碓立了她在余田胞遣傅界的重要地位。1927年，McClintock完成研究所3蔓得植物博士位，或被聘悬It自市。接下来她的挑戟就是利用玉米研究富日寺已在果蝇中彝现

5、的速I1群(linkagegroup),也就是探究生物性状的遣傅典染色醴位置的层制聊，亦即某彳固遣傅特徵是在哪一彳固染色H上？而老天忙，一位具借果蝇笃瞬的遣傅士箍兹竟然想到康乃豳研究玉米，修遣傅季博士位，他奥McClintock一拍即合，加上另一位来自内布拉斯加州玉米田的研究生一罩多(GeorgeBeadle19031989)形成了玉米祭田胞遣傅的黄金合，蹋了全新的领域。首先，她利用第九虢染色H上带有深色小余吉的玉米品系，明了遣傅交换典染色醴交换之fW的MW。1931年春季，遣傅大白市摩根(ThomasMorgan)到康乃fflWf冏得知McClintock封於遣傅交换典染色醴交换的研究，富埸

6、就要来纸肇，瘾了一封信给美阈阈家科院期刊(PNAS的主褊，告他凭丽周彳爰曾收到一篇文，余吉果那篇文於七月七日寄到，而於1931年8月刊出。要不是摩根的果断推造份荣警可能被以果蝇迤行相同研究的史特恩(CurtStein19021981)捷足先登。儒管McClintock研究成果非常耀眼，但在30年代，女性逮是不能在大得正式的教1L因此1931年她就高隹康乃豳，在美阈阈家研究委员曾的！t助下在密赫里大加州理工院及康乃豳三地往返奔波徙事研究。1927年禹勒赞现X光突燮的效鹰。密赫里大的史塔德勒符它鹰用於玉米的遣傅研究，带勤了McClintock的典趣。由於X光大幅提高突燮彝生的械率典槿,加速了遣傅研

7、究的迤展，McClintock就以她瞿富的染色醴辨ti技巧研究X光封玉米染色醴的影警。余吉果她赞现在减数分裂的遇程中，正常的染色H典X光照射遇的染色H迤行交换之彳爰11rl生奉尊位(translocation)、倒置(inversion)及缺失(deletion)等的燮化。道些精采的染色H燮化使她典蕃不已。有一天，她在玉米田桂彝现一些集片带有斑彩(mosaicism)的玉米株，不久她看到一篇文提到某修染色醴的迷失，可能是斑彩的原因。她很直地就染色H的迷失奥璟状染色H(ringchromosome有层U,於是她就吉青史塔德勒在密赫里代悬栽植可以生彩斑的玉米品系。黑彳固月彳爰玉米成熟，她貌陶密赫里

8、加以横瞬，果不其然，造些玉米株的染色I!居然真的有璟(ring)。造槿神乎其技的推理K示她常年累稹的封玉米性状典染色H燮化的觐察已使她迤入一槿直H的状熊，也就是看到一彳固玉米性状的燮化，里面立刻浮现相封鹰的染色H燮化。是久以来，她注意到第六虢染色醴尾端的一彳固小柬西，它聚贴在六虢染色H典核仁(nucleolus)速接的地方。富日寺者封核仁的性ST典功能仍一瓢所知。McClintock注意到造小柬西在核仁附近，推断它典核仁必定有所彳爰来在加州理工院她注意到造彳固小束西分裂成雨半，一半留在原来位置，另一半郤和不同染色H建在一起。於是她再者青人栽植同品系的玉米，隔年冬天再回来椀康t在K微下，McCl

9、intock赞现原来造彳固小柬西曾把原来就存在那狸的物ST戢起来，建成核仁。因此她就耦之核仁成中心(NucleolusOrganizerRegion;NOR,同日寺她推必须有NORt能生成正常核仁。造彳固推断至今仍然成立。目前我凭已知NORi是言午多rRNAgene的集合但NOR如何成核仁至今仍不甚清楚。在分子生物尚未萌芽的1930年代，McClintock就能封余田胞核、染色H、核仁有造麽透彳散的觐察ST在令人鹫奇。她自己我每次在觐察一彳固余田胞的畤候，都曾跑迤那彳固余田胞桂四虞看看。四虞看看的余吉果，就是她把最基本的生物遇程(biologicalprocess)描出来。19311933的造

10、雨年半，封她而言，真是一段褐立自由而多崖的好日寺光。她我每天早晨都巴不得快黑占起床，立刻始工作，就像彳固小孩子早上等不及起床，想程快去做自己爱做的事。虽隹然McClintock表现彳桀出但郤仍然找不到固定的1936年她余冬於在密赫里大得助理教授的殿位。虽隹然她馨警日隆，在1939年成悬美阈遣傅曾副曹但她在大里郤遇得不甚愉快，余冬於在1941年高隹I弱密里大道可能典她勇於冒心不在焉，或者藐祝威的特ST有皆机尤其她那“心直口快”的特性更可能惹人嫌。她自己封院生活感到心灰意冷，她像我造檬特立褐行的人，不可能在大木里生存，幸而研究工作已有了它自己的生命力，像一彳固生命能封她在情感及智能上所投下的心血加

11、以回幸艮，给她安慰奥满足，祷慎了槿槿不如意。就如爱因斯坦所的在独隘，瓢I忽的私人余笃瞬未里，永逮不可能找到的安祥典事辞。1942年她始任於卡内基曲曾U於冷泉港(ColdSpringHarbor)的遣傅所，在那K她有一份薪水，一现玉米田，一彳固室，逮有一彳固家。逮高隹大的援，不用参典教和行政。徙此她可以在造彳固田圜式的遁世璟境迤行自己的研究。1944年，McClintock801美HHI家科院院士，她是有史以来第三位掩得此殊荣的女性。畿被逗悬阈家科院院士之彳爰，1944年底McClintock常逗美阈遣傅曾曾H一有史以来第一位女性曾息1940年代是分子生物始萌芽的日寺械，1944年爱弗里等人赞现

12、DN渥傅遮遣傅性状的物鼠造副日寺代的彝现富日寺也没有引起太多的注意。其日寺，McClintock回到冷泉港宣瞬室，IO台迤行最彳爰醇致她赞现斡位现象的一速串悬了延遇去封玉米断裂融合形成槁”的研究，她利用一槿第九虢染色H断裂的玉米株迤行自醴受精，余吉果在同一株幼株上，可以看到不同的修敏:或斑黑占，也就是有所耦斑彩(mosaicism)。造些斑黑占反映的是遣傅的不稳定性，有人也耦之可突燮基因(mutablegene)。罩位面稹内斑黑占数目的多寡，可以作悬幼株在彭(彝育F皆段内彝生突燮(率的指襟，因悬每一现1色代表优军一突燮余田胞繁殖出来的余田胞群，突燮彝生得早，形成的余田胞多，斑黑占也愈大，突燮赞

13、生得晚，形成的斑黑占就小。每一株幼株都呈现特定的突燮率，在它的生命遇期内都不曾改建，造意味有某槿因素在决定彳固别幼株突燮的率。McClintock迤而注意到，有些斑黑酩呈现典整彳固植株不同的突燮率，亦即有些余田胞群呈现出褐特的突燮率，也就是其源起余田胞具有奥母株不同的突燮率。造槿现象也曾成封出现。她自己的描述是雨彳固毗郝的癌域在突燮率上K示相封的M彳系。一彳固显域的突燮率大大增加，而其姊妹癌的突燮率大大减少，而造雨彳固相速显域是优同一生是黑占上的一封姊妹系田胞所衍生出来。她IS悬雨彳固姊妹系田胞赞育的分歧，可能典生物分化的有层机优造彳固起黑占始，McClintock其始it入彝育遗傅的新天地。

14、在其彳爰雨年，她稹趣悬造彳固现象尊求解释，雨年的光於她得到答案，原来造彳固突建率的分歧是一槿染色H上受到控制的断裂(亦耦解离隹dissociation)所致，也就是基因旁有一槿成分，它曾封另外一槿因子所赞出的言孔虢生反鹰，造成自身的解离隹。她符造彳固系统定名悬Ds-Ac系统，Ds代表解高隹子，As代表做勤子，道是她在辅位研究的虞女作。藉著反覆的育槿就及染色醴分析，她定位出解高隹染色11断裂的位置第九虢染色H的短臂，高隹中心粒三分之二虑，她符之命名悬Ds基因座。接著她又赞现Ds基因座只有在另一彳固K性因子存在日寺，才曾迤行解离隹，她符彭(因子命名悬Ac,因悬它曾做勤Ds,而Ac基因座位於第九虢染

15、色醴的是臂，典Ds基因座相去甚逮。Ac基因座本身或瓢直接的表现型，必须透遇它封Ds的作用才能辨它的表现就如一彳固罩褐、褐立、K性的基因座，更重要的是它的效鹰或非一般的有或瓢，而呈现剜量多寡的效鹰。利用玉米胚乳中的三套染色H(3n),她赞现Ac剜量愈高，Ds突燮彝生的畤就愈晚(斑黑占愈小)，她迤而假U(1)Ac基因座是由黑彳固相同的罩位，直排列合而成，(2)造些罩位的数目曾在染色裂日寺，使一彳固染色醴增加军位，而其姊妹染色醴失去罩位。根撼造些觐察，她述如下：如果有雨彳固断裂黑占分别赞生在Ds基因座的雨端，即带有Ds的染色醴片段被释放彳爰，可以插入或接上任何一彳固也同日寺彝生断裂的染色醴片段，透遇

16、造檬的械制，Ds便可以燮换位置。Ac藉由引彝Ds基因座在原位上赞生断裂而控制造事件的赞生。McClintock在1948年公彝表造彳固醇位的名春司典觐念。1950年她在PNAS表玉米可突燮基因座之起源及行;，曾短地阐述了Ac典Ds辅位的现象，她也提醒此一现象典果WMft中亵现的不稳定遣傅现象(包括著名的位置效鹰positioneffect)相似。1951年夏天她首次在冷泉港研言寸曹上赞表辅位的演It,但现埸反鹰一片死寂，似乎觐冢中没人了解她在什麽，接著曾埸中一片藕藕私言吾，逮爽亲隹著偷笑馨。封著造彳固趣端H面的反鹰，McClintock非常失望。六年来的心血，大家竟不屑一I。1953年她在遣傅

17、彝表的文，只有雨彳固人来要抽印本，1956年她再次演反鹰更悬冷淡。封一向在彳行研究上借受推崇的她，曾直是天大的打擎，自己好像虑在孤立状熊，甚至有人她只是彳固在冷泉港混了好多年的老女人。悬什麽她的辅位理瓢法引起共呢？其原因不外：富日寺分子生物才刚萌芽，1953年WatsonandCrick才赞表DNA8螺旋余吉横，遣傅”才始掩得物理基碘(physicalbasis)McClintock就提出造麽亲隹的觐念，黑乎走在日寺代之前30年，！!隹怪就如Hi同明!。富日寺的主流思想IS悬基因是固定的、不燮的遣傅军位(particulategene)，McClintock居然基因可以被改燮，曾直是大逆不道。

18、玉米的育槿系统，在富日寺求追求罩触的研究理念下，既反潮流又亲隹重隹懂，可以有耐心，得懂玉米料的人寥寥瓢黑。McClintock的封象是玉米五花八叩的性状燮化，以及US微下染色醴形憩及位置的仔余田觐察，可以是一Hvisualevidence相封物理化的客SM瞬数撼，大家!得McClintock的11瘠叙吉果既!隹瞭解又欠客觐，常然封她的理敬而逮之甚至冷嘲熟飘。McClintock封玉米的研究已臻於天人合一的境界，懑著是年累稹的心得，她黑乎已迤入玉米余田胞内，貌身觐察玉米的染色H形熊及活勤。造槿心索祝野往往是一般人不能理解的，似的境界在亵现原子的皮H(JeanPerrin)也可以看见原子，密立根(

19、RobertMillikan)也看见了霜子，爱因斯坦曾本身是可以看见的。McClintock的研究是比敕神覆的(visual),覆似K彳行作品，欣Jt者若瓢共通的言吾言、共通的视野是it以H11r其精妙之虞。然而，真理系冬究不11r是久埋汉。60年代，者致力於研究大H悍菌操作元(operon)。他个号彝现了具有特殊插入序列(insertionsequence)的DNA片段曾插入别的基因之中，而造些具有插入序列的DN*段或非外来，而是源於余田菌染色醴的其他部位。接著，在沙凹氏悍菌(Salmonellatyphimurium)竟然也有鬻(似的罩位，可以自由在染色H典噬菌醴之移勤，加且停遮抗蕖性。研

20、究人员注意到造些罩位的雨侧各有一段反向的反覆DNAff列，研究人员就符之命悬辅位子(transposon)。至此，可移勤遣傅因子或跳蹬基因的存在引彝了研究的热潮。者也注意到造槿现象不彳堇在余田菌(prokaryote原核生物)存在，具1T高等生物也有，而McClintock早在30年前就已著手研究。1976年在冷泉港的曾上，於有人直接引用McClintock的研究来佐阖W位因子的存在。其彳爰在酵母菌、果蝇中都赞现辅位因子的存在。至此McClintock的心血余冬於3差得接纳。1983年她也褐得生理瞽可耦遽来的肯定。走肇至此，H者可能奇怪我何以是篇累地描述McClintock的研究生涯。也言午是

21、因悬肇者优事遣傅的工作，如同McClintock也是由染色I1的觐察始，McClintock典染色H封照的是玉米的性状，肇者封照的是人的性状。由於闲者都是形熊的描述，在I1求数字，追求分子生物的大璟境下，肇者也遭遇鬻(似的困!隹，大家!得优事眼睛看得见的染色醴及人性状比不上去做眼睛看不见的分子来得吃香，於是肇者决定雨者都来一既做眼睛看得见的染色人性状(其1T就是病徵)也做眼睛看不见的分子生物赞育生物最近肇者在觐察染色I1的日寺候，也始能奥基因建上层鼾系。例如人六虢染色醴的短臂有一虑相富大的涣色带(lightband)就像一1大眼睛，我凭教生辨IS六虢染色H的要就是BgroupK有大眼睛的那一修

22、。道封大眼睛其1T就是6P21.3。此虑是MHC(majorhistocompatibilitycomplex)genecluster所在之虞。由於造彳固3.6Mb的癌段内，基因密度高逵43gene/Mb(6虢染色I1平均度热9.2gene/Mb),可非常generich即G+Cf艮高，因此，呈现出趣明K的涣色带。此展段的HLA-B基因是人鬻(基因H上最具多形性的癌段(86SNP/kb)。在AcrocentricChromosome(13、14、15、21、22)的短臂K端有所耦衢星(satellite),就像一彳固人H上插了闲朵花，造些南星其K就是ribosomegenecluster的所在

23、。以造檬的眼光看染色就像McClintock看到斑彩玉米株就看到璟状染色H。McClintock如果你仔余田去H察，每一彳固生物都曾向你透露出她的秘密。它曾告你很多它悬了基因表现而迤化出来的械制。她告生多花日寺多看。她要生随畤注意看似一目了然的系统背彳爰曙藏的亲隹性(complexity)。十九世系己末以前，生物注重觐察。生物家用余己金条及叙述来捕捉自然的奥秘，而不用理t。二十世系已初期，生物渐渐辅型悬一叩瞬科但仍有像McClintock造檬的者轨著於封生物整醴的典趣，重视自然界瞿富的多元性。1940年代分子生物崛起之彳爰，生物早期觐察自然的傅统襄乎断余留。现代的生物不再是研究活生生的生物H，

24、甚至活械器的科,而是探言寸生物H内分子活勤的科,至於生物本身性状的燮化即瓢人理曾，造也言午是解析主羲(reductionism)的趣致，但可能也失去了McClintock优玉米的斑彩燮化探究出醇位现象的那槿能力。现在很多1T瞬室事凹用某些系田胞株去研究某些余田胞功能如proliferation，apoptosisangiogenesis的signalingpathwary,但是徙来没有想遇造些束西封生物的性状到底有什麽影警？不同的瞬往往只是不同的余田胞，不同余田胞功能，不同signalingpathwary的合，虽隹然崖生不少文及博士但往往牛角尖愈it愈深。我想造是台湾生物研究的危械。我常常告

25、一些侵秀的年者，要彼smallbiologyit到bigbiology。什麽是bigbiology呢？我想McClintock封玉米的研究就是bigbiology,优生物整性状，染色H燮化到基因功能的全面层制照就是bigbiology。得具H一黑占，每彳固生物瞽研究者都熟悉一槿或多槿的模式生物系统，优它的性状(grossappearance)至U染色I1到基因功能可以娴熟掌握，再以之印瞪室中的某彳固概念，才是生物瞽研究可是可久之th也就是遵循Kroghsprinciple。至於陶床更是如此，言午多人言必If基因，但郤不仔余田觐察clinicalphenotype及laboratoryphenotype。每T固陶床表徵，每一彳固横瞬数撼，每一弓影像其是音午多基因活勤(geneactivities)的合，端视你有没有能力去解析，所耦内行看凹道，外行看熟制。台大一位前辈病理教授一隙海青老自肌在带领我凭看病理切片的畤候，常我看病理切片，就像在看重影。我凭不可