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生命密码2：人人都关心的基因科普 [:1700232009]
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生命密码2：人人都关心的基因科普 那些“荣获”诺贝尔奖的植物
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1944年，美国女生物学家芭芭拉·麦克林托克（Barbara McClintock）独自行走在纽约长岛的玉米田中，观察田间种植的印度彩色玉米。尽管她是首位绘制出玉米基因遗传图的科学家，一个问题仍令她百思不解：这些玉米的籽粒和叶片颜色的遗传没有固定规律，无法用传统遗传学理论进行解释。
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从玉米中得到的抗癌思路
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早在1938年，麦克林托克便已有了“转座基因”(Genetic Transposition）的设想，认为某些基因可以在染色体组中自由转移，但那时她并不清楚转座基因的调控机理。1944—1950年，麦克林托克以玉米为研究材料来研究转座基因，发现玉米籽粒、叶片的颜色通常是由9号染色体上控制色素形成的C基因所决定。但如果C基因附近存在Ds基因，C基因便不能合成色素；如果Ds基因从原来位置上断裂或脱落，离开C基因，C基因便又能合成色素。而Ds基因要在Ac基因存在时才能离开原来位置，如果附近没有Ac基因，Ds基因则会留在原处继续抑制C基因。这就是真核生物中的“Ds-Ac调控系统”。
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示意图：在Ds-Ac调控系统中，当Ac基因在附近，Ds基因便能从原来位置离开，C基因就可以正常工作（绘图：傅坤元）
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麦克林托克把自己的研究成果写成《玉米易突变位点的由来与行为》（The Origin and Behavior of Mutable Loci in Maize）和《染色体结构和基因表达》（Induction of Instability at Selected Loci inMaize）两篇论文。但这两篇开创性的论文非但没受到学术界的关注，反而被斥为异端邪说，麦克林托克原本前途大好的学术生涯也因此黯淡。在一片冷眼和嘲笑中，这位女科学家一直坚持自己的理论，直到20多年后，多个科学家发现并证明了她的理论是正确的，学术界才开始重新审视她的研究成果，并惊叹于她极具前瞻性的设想和强大的内心世界。1983年，麦克林托克终于获得了迟到30年的诺贝尔生理学或医学奖，此时她已是81岁高龄。
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美国冷泉港实验室博物馆里麦克林托克的照片以及她研究的印度彩色玉米（摄影：李雯琪）
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转座基因又称转座子（transposon），它不光影响植物的性状，更是和人类疾病息息相关。1988年，科学家首次证实，转座子插入人体凝血因子基因后可以阻碍该基因的表达，从而导致血友病。而在2019年，圣路易斯华盛顿大学医学院的研究者发现，转座子广泛存在于各种肿瘤中，甚至87%的肺鳞状细胞癌都含有转座子，这些转座子可以激活癌症相关基因的表达，促进肿瘤的生长。如果能抑制这些致病转座子的插入，便能控制疾病的发生。
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然而，转座子虽是引起多种疾病的罪魁祸首，但如果能让转座子插入某些致病基因，抑制这些基因的表达，便能让患者康复，这样的基因疗法也不失为治疗遗传病的好办法。
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红辣椒中的维生素C
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玉米并非第一种“荣获”诺贝尔奖的植物。1928年，匈牙利生化学家阿尔伯特·圣捷尔吉（Albert Szent-Gyorgyi）在研究生物中的氧化还原反应时，从植物汁液和肾上腺皮质中成功地分离出一种化合物。这种化合物有很强的还原能力，又有卓越的抗坏血效果，因此被命名为抗坏血酸，此外它还有另一个身份——让欧洲医生苦寻数百年的维生素C。
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在大航海时代，舰队在海上航行时往往长达数月没有补给，饮食也不如在陆地上丰富，只能靠干粮和捕来的海鱼果腹。许多海员都在航海中得了坏血病，全身关节疼痛，身上出现多处紫斑（皮下出血），牙龈肿痛，牙齿脱落，严重者甚至会死亡。这种疾病成为远航舰队的头号死神，甚至曾在一次航海中夺走1 000多人的性命。
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直到1602年，这一状况才出现了转机。一支西班牙舰队路过墨西哥沿岸，海员们上岸补充给养时，发现当地产的仙人掌果美味可口，更神奇的是患有坏血病的海员吃了这种水果后病情好转。在剩下的航程中，储备在船上的仙人掌果使他们摆脱了坏血病的困扰。
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18世纪末，英国海军军医詹姆斯·林德（James Lind）发现，让海员食用柑橘柠檬能防治坏血病，并将此发现写入《论坏血病》与《保护海员健康的最有效的方法》等论文中。
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此后，虽然人们知道了食用新鲜蔬菜水果可以防治坏血病，但没人知道是蔬果中的何种物质在起作用。而圣捷尔吉提纯的抗坏血酸，正是这种防治坏血病的关键物质。1932年，美国科学家发现抗坏血酸是维生素的一种，将其命名为维生素C。
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在提纯了维生素C后，圣捷尔吉一直在寻找富含维生素C又价钱便宜的原材料，以便进行高效的提取。圣捷尔吉的祖国匈牙利正是欧洲为数不多的爱吃辣椒的国家之一，国内的辣椒种植量远超欧洲其他国家。前文提到，辣椒中维生素C含量极高，每百克辣椒中含有110毫克维生素C，含量是茄子的25倍，圣捷尔吉买了大量辣椒，从中提取了数公斤的维生素C。
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1937年，圣捷尔吉因为对维生素C和延胡索酸的研究获得了诺贝尔生理学或医学奖。而同年的诺贝尔化学奖则由英国化学家沃尔特·霍沃斯（Walter Haworth）获得，霍沃斯的成果之一便是首次合成了维生素C，这是第一种人工合成的维生素。虽然人工合成的维生素C大大降低了维生素C的生产成本，使人类不必从天然植物中提取维生素C，但人类还是会记得辣椒对科学研究的贡献。
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小球藻与光合作用
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20世纪40年代，加州大学伯克利分校的俄裔植物学家梅尔文·卡尔文（Melvin Calvin），开始研究植物光合作用的具体机理。而这也是自古以来科学家们一直在探索的问题。
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从一株嫩芽成长为参天大树，植物增加的重量从何而来？古希腊哲学家亚里士多德认为，这来自植物从土壤中吸收的养分。但在1642年，比利时科学家海尔蒙特（Helmont）挑战了亚里士多德的理论，他在花盆里种了一棵柳树（Salix babylonica）幼苗，5年后这棵柳树重量增加了70多公斤，而花盆的泥土只减轻了0.1公斤，于是他认为植物的重量主要来源于吸收的水分。
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到了1804年，瑞士科学家索绪尔（Nicolas Théodore de Saussure）把植物放在可接受光照的密封玻璃罩中。一周后，他发现玻璃罩中氧气增加，二氧化碳减少，植物重量增加，这就说明植物增重不光是因为吸收了水分，也吸收了二氧化碳。而德国科学家萨克斯（J.von Sachs）则在1864年，发现光合作用能把二氧化碳和水转化为淀粉等有机物。但光合作用的具体机理如何，仍是未解之谜。
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同位素技术被发明后，卡尔文发现自己可以用这门新技术来研究光合作用。他把C14同位素标记的二氧化碳通入培养植物的容器中，分别在不同的时间将植物取出用乙醇煮沸，终止植物的生理反应，然后通过放射自显影技术观察C14出现在何种化合物中，从而判断二氧化碳在植物体内每一步反应分别生成了何种物质。