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表观遗传学的先驱:童第周 精选

已有 11328 次阅读 2014-2-19 00:11 |个人分类:科学史|系统分类:人物纪事| 表观遗传, 童第周, 核移植, 核质杂种鱼

      表观遗传学的先驱:童第周

 

童第周是我国实验胚胎学的主要奠基者,1930年赴布鲁塞尔大学,师从著名生物学家布拉舍(Brachet A)研究胚胎发育早期,卵细胞的各种特性对受精卵胚胎发育的影响,即卵细胞的细胞质对受精卵细胞核分化发育的作用。他始终坚信“在漫长的生物进化过程中,细胞核和细胞质共同生活在一起,成为一个整体,它们应当各有各的功能,并有相互的作用和功能”。童第周早期形成的这个学术思想贯穿了他一生的研究方向。

 

童先生最著名的研究是应用细胞核移植技术开展的“核质杂种鱼”的研究。1938年,德国生物学家斯佩曼(Hans Spemman1935年获诺奖)提出胚胎细胞核移植的方法研究胚胎分化发育的思想。1952年,美国科学家伯内格斯(Briggs R)和金(KingTC)成功地用二栖类动物豹蛙(Rana Pipiens)的囊胚细胞的核,移植到同种去核卵细胞中,这个核移植卵细胞,最终发育成了成体蛙。首次证明了二栖类动物的胚胎细胞核仍具有个体发育上的全能性。1962年英国牛津大学的科学家戈登(John Gurdon)进一步证明,用蝌蚪的小肠细胞核移植到去核的蛙卵中,形成的“重组卵细胞”最终也可发育成成熟的蛙。从而证明了成体细胞核仍保留分化上的全能性。戈登的研究是导致1996年克隆绵羊多莉的诞生的先驱性工作。2012年,戈登因首先“发现成熟细胞可被重编程变为多能性”,而获得了诺贝尔医学奖。

 

与伯内格斯-戈登等用核移植技术克隆动物的研究方向不同,童第周仍然坚持他早期的研究兴趣,利用细胞核移植技术研究细胞质对细胞核分化的作用。11963年,童第周在金鱼→金鱼和鰟鮍鱼→鰟鮍鱼的同种核移植上都获得了成功,建立了鱼类的核移植技术;2,在上述工作的基础上,童第周开展了“核质杂种鱼”(Nucleocytoplasmic Hybrids)的研究。首先开展的是亲缘关系较远的鰟鮍鱼→金鱼的种间核移植研究;后又选择了亲缘关系较近的鲤鱼和鲫鱼之间进行卵细胞核移植研究。这二类核质杂种鱼的研究都获得了许多创新性的研究成果。

 

童第周在他晚年写的“细胞质对细胞核的活动和遗传性状表现的作用”的总结报告中,非常严谨而又明确地描述了他们的工作:“在鱼类,金鱼和鳑鮍鱼(Rhodeusd sinensis)属于不同的亚种。金鱼核移入去核的鳑鮍鱼卵,发育的胚胎为鳑鮍鱼性状。…鲫鱼和鲤鱼属于不同属,鲤鱼核移入去核的鲫鱼卵,卵子能发育为正常成鱼,它的性状有类似鲤鱼,如有须;有的为中间型,如侧线所点的鳞片数。这样核质配合的杂种鱼能产生有正常功能的生殖细胞。根据这一实验结果,我们可以得出以下结论:(1),不同种间的核质杂交,能发育为正常成鱼;(2),遗传性状的出现,细胞核和细胞质都有作用;(3),体细胞核可以成为生殖细胞核,它们之间没有性质上的不同。”显然,童第周认为,他们的研究已经清楚地证明了,卵细胞的细胞质对细胞核及胚胎发育和遗传性状的表现,有明显的影响;

 

1973年起,童第周开始与美国Temple大学的牛滿江教授合作,进一步研究细胞质内哪些化学物质对细胞核的活动产生影响。他们确定首先研究卵细胞质中的mRNA的作用。实验选择在鲫鱼和金鱼中进行,因为它们虽是同属,但在形态上有明显可见的区别:金鱼是双尾鳍(隐性性状),鲫鱼是单尾鳍(显性性状)。研究发现,从鲫鱼的成熟卵中提取mRNA,注入金鱼受精卵,该受精卵发育成的鱼中,有33.1%的单尾鱼,这种单尾鱼第二年自交可产生38.6%的单尾和单尾变异鱼。用同样的方法,将不同属的鲤鱼卵子中的mRNA注入金鱼受精卵,结果也获得了22%的单尾鱼。肝同功酶(LDH)检查的结果表明,注射了鲤鱼卵mRNA的金鱼肝LDH中出现了杂交鱼特异性的同工酶。这说明外源mRNA诱导的变异不仅限于外部形态,也表现为内部器官的遗传特征的变化。童-牛合作还进行了一些其它研究,结果都证明细胞质内的分子(mRNA及胞质DNA)对受精卵的分化、发育有明显影响。童-牛的这项研究是世界首创,其研究结果,遭到国内外一些科学家的质疑,主要责疑牛满江提供的mRNA不纯(现在看来,正是这种“不纯”才使实验可能获得成功,现代表观遗传学的研究已确认,各种非编码RNA是表观遗传现象的重要机制之一),但更多地还是因为童-江的这些创新成果超越了那个时代对遗传现象的认识,与那个时代的遗传及发育生物学的主流意识形态相悖。

 

10多年来,表观遗传学(Epigenetics)的发展证明,在DNA结构不变的情况下,基因组外的各种因素,如DNA甲基化、染色质结构变化、尤其是各种非编码RNA等的表观遗传修饰,对基因表达及生物体的性状具有某种可遗传的重要影响。这证明了童第周及其合作者们在半个世纪前开始的,关于“细胞质对细胞核的活动和遗传性状表现的作用”的系列研究及其结论,是超前的和完全正确的。表观遗传学已成为当代遗传学和发育生物学研究的热点和前沿领域。可以毫不誇张地认为,童等周是表观遗传学的先驱,他和他的合作者们的贡献,应当写入表观遗传研究的历史中。

 

参考文献:

 

1,《童弟周文集》,学术期刊出版社,1989

2,李佑华:生命奥秘的探索者牛满江,中国农业科技出版社,1988

3,童第周:生物科学与哲学,中国社会科学出版社,19808月第1

 

童弟周简介:

 

1902年出生于浙江省斳县1927年毕业于上海复旦大学,1930年赴比利时布鲁塞尔大学留学,于1934年获博士学位。回国后曾先后任山东大学、中央大学医学院、同济大学生物系、复旦大学生物系教授。1948年被选为中央研究院院士,1955年当选中国科学院学部委员(院士)1957年任中国科学院生物学部主任,1977年任中国科学院副院长。第一、二屆全国人大代表,第三、四、五届全国人大常委,第五屆全国政协副主席。1979年在北京去世,享年78岁。




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