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玉米粒的颜色和转基因无关

已有 18670 次阅读 2013-9-17 18:05 |系统分类:科研笔记| 玉米粒

最近,因为有人号召吃转基因玉米,结果就有人在网上发表具各种颜色玉米的图片,说这些玉米是转基因的。其实,这些反对转基因的人冤枉了玉米的颜色,因为玉米转不转基因和玉米的颜色没有关系。


图1. 这是我在菜市场买到的玉米,自己拍的。应该没有转基因的


早在5000年之前,中美洲的印地安人就开始种植玉米了,哥伦布到达新大陆,玉米的种植就开始向北扩展到加拿大,向南抵达阿根廷,几乎在同时,也传到了中国,现在玉米是世界上分布最广泛的粮食作物之一。

在玉米的种植过程中,人们逐渐发现了许多不同的变种。除了不同的口感有糯、脆之分外,还有甜与不甜等各种口味。更为奇特的是,玉米粒的色彩也是斑斓的。西南美洲的土著居民给这种缤纷的色彩赋予了特殊的美学和宗教意义。比如蓝色的玉米被认为是神圣的!罗盘的四个主要的方向也用特定的玉米颜色来诠释。条纹状和点状的玉米粒分别代表力量和活力。

玉米粒的颜色在遗传学的发展过程中,也做出了不可磨灭的贡献。美国女科学家巴巴拉麦克林托克(Barbara McClintock1902-1992)发现,带颜色的玉米粒的位置是可以移动的,而这种移动在染色体上可以找到相对应的位置。


图2. 一粒玉米粒上,颜色的位置也是可以变化的


1919年,麦克林托克入读康乃尔大学农学院。大学三年级的时候,她选修了一门唯一向本科生开放的、让她特别兴奋的研究生课程《遗传学》。她的同学很少有对遗传学感兴趣的,因为种植学可以顺利就业。但麦克林托克却对遗传课表现出了极大的兴趣,并引起了主讲教师赫丘逊(CB Hutchuson)的注意。课程结束后,赫丘逊打电话给芭芭拉说,我们还有专为研究生开设的其它遗传学课程,你要不要来选修。这时的芭芭拉知道作为一个学生,因为自己对遗传学的兴趣,让老师也开始欣赏她了。老师的邀请进一步强化了她的兴趣。麦克林托克欣然接受了邀请,从此就非正式地获得了研究生的身份,并踏上遗传学研究的道路。在大学三年级结束的时候,就完全走上了成为一个职业科学家的道路。后来,她在康奈尔大学植物学系注册正式为研究生,主修细胞学,副修遗传学和动物学。细胞学的染色体和遗传学的交叉研究就成为她研究的方向。

获得博士学位后,麦克林托克在康内尔大学农学院的试验地里种下第一畦玉米,开始进行基因研究。她没有结婚,但是却和玉米是终身相守。她用玉米做出了许多重要的发现。她42岁时当选美国科学院院士。此后她经过对玉米进行交配实验和实地观察,发现了转座基因。基因在染色体上作线性排列,基因与基因之间的距离非常稳定。常规的交换和重组只发生在等位基因之间,并不扰乱这种距离。在显微镜下可见的、发生频率非常稀少的染色体倒位和相互易位等畸变才会改变基因的位置。可是,麦克林托克发现单个的基因会跳起舞来:从染色体的一个位置跳到另一个位置,甚至从一条染色体跳到另一条染色体上。麦克林托克称这种能跳动的基因为转座因子(目前通称转座子transposon)。20世纪50年代她把这个发现在一个理论框架下提出,认为转座是基因表达的主要调控机理之一。芭芭拉当时的研究工具仅仅是光学显微镜,1940年代的科学界还不知道基因的本质是什么,在这种背景下,当时的科学界很难接受她的理论,对转座现象的重要性也没有意识到。甚至有人嘲笑她一定是发疯了。对芭芭拉恶语相向的人不乏她的朋友,也包括很多科学界的大腕。为此,她从1951年后拒绝在工作的冷泉港实验室做报告,并且在2年后宣布不再发表研究论文。在遭受冷遇的30多年时间里,她虽然为人们不接受她的理论而不高兴,但是她继续开展自己的研究。当科学家们在动物中也发现转座现象后,特别是在细菌和噬菌体对转座机制有了了解后,科学界才认可了麦克林托克对DNA跳跃现象的发现。并且在1983年授予她诺贝尔生理医学奖。

图3. Barbara McClintock  1947年在工作中(上图),以及1983年在获奖时演讲(下图)


我每次给学生讲到芭芭拉的这段经历的时候,我常常会说,芭芭拉一定是未来人穿越而来的,她在那么一种困难的情况下,在仪器设备如此简陋的环境中,在理论上还没有完全成熟的境遇里,就提出了基因可以移动的概念,并提出了自己的观点。这只能说明,新的科学发现往往会伴随着争论,伴随着质疑。但科学就是科学,她总有一天会突破乌云,照亮我们的。

其实,在我们的身边,还有很多很多见惯不怪的生物学现象。这些现象的出现,可能没有引起我们的注意。我常常在想,假如我也能够像麦克林托克一样,执著地对一件事情问一个为什么,我是不是也能有所建树呢?我常常在想,假如我们不要那么浮躁,不人云亦云,我们是不是能有所创新呢?我更常常在想,假如我们教育学生能够系统地掌握一门知识,在前人做出贡献的基础上,他们是不是会领导世界科学发展的潮流呢?




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IP: 210.75.236.*   | 赞 +1 [25]杨顺楷   2013-9-18 16:55
通过了解植物遗传学史,即麦克林托克称这种能跳动的基因为“转座因子”(目前通称“转座子”,transposon)研究历程,说明科学创新之不易,当真理掌握在少数人手里时,并且不为学术共同体认可时,个体的心理承受力必将受到极大的考念。例如弗莱明20年代末发现了青霉素,论文发表后并未受到药物化学界的重视,当时主流学术界聚焦热点是磺胺药的合成,直到二战时才由美国开发成为盘尼西林(青霉素)药物产业发展。当然,此处讨论玉米的颜色与转不转基因完全无关。
回复  标题党
2013-9-18 16:591 楼(回复楼主) 赞 +1 |
回复  本来玉米的颜色就和转基因没有关系,借题开始罢
2013-9-18 20:342 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 222.219.184.*   | 赞 +1 [24]biofans   2013-9-18 16:11
>>博主回复(2013-9-18 14:25):感谢你们的质疑。
芭芭拉确实没在分子的水平上证实跳跃基因的存在。但她确实在显微镜下看到染色体移动和玉米色素之间的关系了。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
BFBC: breakage-fusion-brigde cycle
回复  谢谢你的细心。我每次都能得到你的帮助!
2013-9-18 16:201 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 101.24.102.*   | 赞 +1 [23]liangzx   2013-9-18 15:42
超人的洞察力,成就超人的科学成果。
回复  是呀。所以我就怀疑她是未来人!
2013-9-18 15:531 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 122.86.17.*   | 赞 +1 [22]tlw2013   2013-9-18 14:45
关于种子的问题啊,我有实际调查权。
现实是,你留的种子去种植后,有的根本就不会发芽

想一想,要是能发芽,种子站岂非断了年年的新财路
回复  这应该是杂交种子的来源问题,至于商业行为我就更不清楚了。
2013-9-18 14:581 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 59.46.32.*   | 赞 +1 [21]zzxjw   2013-9-18 13:15
7 楼的“听农村亲戚说,现在用的种子都是从玉种站买的,用这些种子种出来的东西不能留不了种,他们也不知怎么回事?我怀疑他们用的都是转基因的。所以说这个问题比较严重了。”
  很多玉米种子是杂交种,留种后代分离严重,跟转基因何关!捕风捉影最可怕!
回复  大家也是不清楚,讲清楚了就都知道了。看来我们还是要多宣传科学知识,让大家打消疑虑吧!
2013-9-18 13:221 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 74.138.31.*   | 赞 +1 [20]manunite   2013-9-18 13:11
感谢Biofans提供原始文献。近三十年前,在大学课堂上了解到芝加哥大学的细菌遗传学家James Shapiro在70年前后发现了inverted repeat。我仍然不同意搂主说的芭芭拉用实验证明了转座子的存在。芭芭拉根据显微镜观察和遗传分析提出了一种理论/解释,后来的人用分子生物学实验证明她的理论/解释/假说是正确的。而James Shapiro的inverted repeat被认为是第一个确凿的实验证据。如果当年芭芭拉有条件用实验证明的话,也就不会有那么大的争议了。个人意见,非科学史结论,供参考讨论。
回复  感谢你们的质疑。
芭芭拉确实没在分子的水平上证实跳跃基因的存在。但她确实在显微镜下看到染色体移动和玉米色素之间的关系了。
2013-9-18 14:251 楼(回复楼主) 赞 +1 |
hidden
IP: 221.11.29.*   | [19]用户名   2013-9-18 12:50
评论已经被科学网删除
回复  好像小猪妹妹也有其他颜色的
2013-9-18 12:551 楼(回复楼主) 赞 +1 |
hidden
IP: 221.11.29.*   | [18]用户名   2013-9-18 12:39
评论已经被科学网删除
回复  看看猪有没有识别色觉的能力吧
2013-9-18 12:431 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 222.219.184.*   | 赞 +1 [17]biofans   2013-9-18 12:29
>>[13]manunite  2013-9-18 11:47 在理论上还没有完全成熟的境遇里,就提出了基因可以移动的概念,并用实验结果进行了证实,
--------------------------------------------------------------------------------------------
她并没有用实验证实。一直到70年代在细菌里发现的插入序列才是最早的实验证明。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1967
James Shapiro
E. coli gal operon
gal K T E
polarity mutation
IS1, 768 bp, 23 bp inverted repeat
IP: 116.226.2.*   | 赞 +1 [16]陈筝   2013-9-18 12:06
乔老师McClintock的故事讲的很好:)
把McClintock的传记和James Watson的自传做个对比,科学界反应完全不同,很有意思
回复  谢谢!有空的时候我还想写写Avery
2013-9-18 12:151 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 61.161.146.*   | 赞 +1 [15]郑小康   2013-9-18 11:57
这样的谣言应该即使消灭
IP: 74.138.31.*   | 赞 +1 [14]manunite   2013-9-18 11:56
12楼真的是大学生命科学教授?先是不知Avery实验,现在又把转座子当成表观遗传。
IP: 74.138.31.*   | 赞 +1 [13]manunite   2013-9-18 11:47
在理论上还没有完全成熟的境遇里,就提出了基因可以移动的概念,并用实验结果进行了证实,
--------------------------------------------------------------------------------------------
她并没有用实验证实。一直到70年代在细菌里发现的插入序列才是最早的实验证明。
回复  她在显微镜下看到了染色体的移动,并提出了这种移动与颜色变化相关。显微镜观察难道不是实验吗?
2013-9-18 12:201 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 210.42.98.*   | 赞 +1 [12]薛宇   2013-9-18 11:39
...内牛满面了,麦克林托克经典的转座子实验跟转基因有个毛关系?这就是表观遗传学里的经典案例啊
IP: 222.219.184.*   | 赞 +1 [11]biofans   2013-9-18 11:29
钟情一生:芭芭拉·麦克琳托克
http://blog.sciencenet.cn/blog-273976-686657.html
回复  情有独钟,是我推荐给学生们读的课外书
2013-9-18 12:171 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 222.219.184.*   | 赞 +1 [10]biofans   2013-9-18 11:14
>>美国女科学家巴巴拉•麦克林托克(Barbara McClintock,1902-1992)发现,带颜色的玉米粒的位置是可以移动的,而这种移动在染色体上可以找到相对应的位置。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
请参考徐大彬的博文:
穿越玉米地的女人
http://blog.sciencenet.cn/blog-657244-686744.html

[14]biofans  2013-5-6 14:43 >>博主回复(2013-5-6 14:33):此处已修改,谢谢您。其实最大的错误在文章的开头,说她对籽粒的颜色感兴趣是不准确的,而是玉米籽粒上的那些斑点遗传。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
是的,是玉米籽粒上的那些斑点。
Ac因子对Ds因子作用具有负的剂量效应:Ac因子越多,对Ds因子的调控推迟,形成的斑点减少,变小。博主回复(2013-5-6 14:50):副剂量效应是Ac/Ds系统中最明显的特点,利用该效应我们从籽粒斑点就可以知道那些发生了转座,那些未发生转座,也基本能够判断里面有多少个Ac拷贝数。另外一个明显的特点就是近距离转座,Ac/Ds跳跃后一般都是在原位点附近,极少数才跳跃到其他染色体上,未来创建更多的突变体,就必须挑选那些远距离转座事件。我们实验室构建了国内第一个Ac/Ds转座子突变体库。
回复  你的意见是对的。因为芭芭拉研究的时候,最先观察到的是一粒玉米粒上的马赛克现象。我这里有些忽略了。我这加一张图吧。
2013-9-18 11:271 楼(回复楼主) 赞 +1 |
回复  我没有写Ac和Ds是因为不想太专业。太专业的问题还是上课的时候给学生讲吧
2013-9-18 12:162 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 123.123.134.*   | 赞 +1 [9]吴炬   2013-9-18 10:59
整篇文章的内容都和转基因无关,为何要加这么个标题呢?对颜色与转基因的关系发生误解的,仅仅是反对转基因食品的人吗?也有人以吃五颜六色的玉米来证明其支持转基因食品的。
回复  只是想说玉米粒的颜色是天生的
2013-9-18 12:251 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 202.118.68.*   | 赞 +1 [8]刘艳红   2013-9-18 08:49
听农村亲戚说,现在用的种子都是从育种站买的,用这些种子种出来的东西留不了种,他们也不知怎么回事?我怀疑他们用的都是转基因的。所以说这个问题比较严重了。
回复  首先我不是学植物的,但我知道现在育种站卖的种子都是杂交的,是从两个不同的品系中杂交出来的。这样的种子种出来的粮食,当然不能当种子了。
2013-9-18 09:001 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 202.118.68.*   | 赞 +1 [7]刘艳红   2013-9-18 08:49
听农村亲戚说,现在用的种子都是从玉种站买的,用这些种子种出来的东西不能留不了种,他们也不知怎么回事?我怀疑他们用的都是转基因的。所以说这个问题比较严重了。
IP: 222.219.184.*   | 赞 +1 [6]biofans   2013-9-17 22:02
普及分子生物学和基因工程的知识非常有必要。
回复  谢谢
2013-9-17 23:461 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 222.219.184.*   | 赞 +1 [5]biofans   2013-9-17 22:00
>>当科学家们在动物中也发现转座现象后,科学界才认可了麦克林托克对DNA跳跃现象的发现。并且在1984年授予她诺贝尔生理医学奖。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
应该是1983年。
Barbara McClintock (June 16, 1902 – September 2, 1992), the 1983 Nobel Laureate in Physiology or Medicine, was an American scientist and one of the world's most distinguished cytogeneticists.
http://en.wikipedia.org/wiki/Barbara_McClintock
回复  又被你发现错误了。
2013-9-18 07:141 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 120.204.30.*   | 赞 +1 [4]乔中东   2013-9-17 19:46
与一些筛选标记以及载体DNA有关
IP: 120.204.30.*   | 赞 +1 [3]王莲芸   2013-9-17 19:39
转基因和什么有关呢?
IP: 117.79.232.*   | 赞 +1 [2]ljxm   2013-9-17 18:40
有的是转基因的,有的不是转基因的?
IP: 117.79.232.*   | 赞 +1 [1]ljxm   2013-9-17 18:39
就是说各种颜色中也可能全是转基因的,也有可能全部是?
回复  不能这样理解,转不转基因和玉米的颜色完全无关
2013-9-17 19:161 楼(回复楼主) 赞 +1 |

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