2017诺贝尔生理或医学奖
北京的著名景点-
2017
年度的诺贝尔生理或医学奖颁给了
3
位美国科学家
杰弗里·霍尔
(Je
ffrey C.
Hall)
，迈克尔·罗斯巴什
(Michael
Rosbash)
和迈克尔·扬
(Michael W.
Young)
以表彰
他们在发现果蝇
(
Drosophila melanogaster
)
生物钟基因及分子调控机制过程中的重要
贡献。
地球上所有的生物，由于受到地球自转、昼夜更替产生近约
24
小时的周期性调节和生
理活动，
称
为昼夜节律。
这个周期性调节是内源性的、写在基因组里的。早在
1729
年，
法国天文学家
Jean Jacques d
’
Ortous de
Mairan
就完成了第一个有文字记载的生物
节律实验：在
自然条件下含羞草
(Mimosa pudica)
的羽状复叶
在白天打开、在夜间向下
合拢，在持续黑暗条件下含羞草叶片依然保持与昼夜一致的节律
性运动
.
。
该结果证明，
在恒定条件下依然维持周期节律运转的调控来自机体内部的作用机制，即<
/p>
内源的生物钟
(internal biological
clock)
。
< br>此后其他科学家也陆续报道了有关昼夜节律方面的研究。
后随着分子生物学和分子
遗传
学的快速发展，
科学家们开启了对生物节律分子调控机制的
探索。他们早期的工作主要
是利用遗传学手段在多个物种中筛选昼夜节律缺陷的突变体，
并对突变基因进行遗传学
定位分析，
来
鉴定调控昼夜节律的生物钟基因。
1971
年，
美国遗传学家本泽尔
Seymour
Benzer
和康诺普卡
Ron
Konopka
在加州理工学院以果蝇为实验材料，
利用化学诱变的方
法筛选得到了第一个生物钟基因突变体。
利用了两个十分巧妙的实验设计：
一是将诱变的雄性果蝇与果蝇遗传学特有的并联
X
染色体
(attached-X)
的雌性果蝇进
行交配，
确保
F1
代雄性果蝇携带的
X
染色体来自父本，
并可以以
F1
代雌性果蝇作为
内部对照；可以快速检测
X
染色体的突变。
二是借助野生型
果蝇成虫的羽化行为主要集中在一天中的黎明时段这一特性
(
属
于生物
钟调控的果蝇的周期节律性状之一
)
，筛选在下午或夜间时段羽化的果蝇，可极大提高
突变体筛选效率。
他们最终获得了
3
个不
同的昼夜节律表型缺陷的突变品系—
per0
（节律丧失）、<
/p>
perS
（节律周期缩短）、
perL<
/p>
（节律周期延长）；进一步的遗传定位分析和顺反位置效应的
互补
测验结果显示，这
3
种不同的节律缺陷的表型源自果蝇同一
个基因的突变，并将
该基因命名为
period
(per)
。
本泽尔等人的工作并没有能够进一步解释节律基因到底是如何影响昼夜节律的，
这一
问
题的答案在
1980
年代逐步浮出水
面。
1984
年，
< br>美国洛克菲勒大学的
Michael
W.
Young
和
Thaddeus
A.
Bargiello
在克隆
per
基因时发现一段约
7.1
kb
的
DNA
序列与果蝇的生物节律相
关，
其转录一段
4.5
kb
的
mRNA
；
他们利用
P-element
介
导的基因插入技术
(
一种可以将基因片段插入果蝇基因组
的转座子
)
，
将包含
的
7.1-kb
片段插入卡内基
20
中，
形成质粒
pCP1
进行转化实验，
将
这段基因导入无节律的突变体果蝇<
/p>
per0
，对其羽化行为和自发活动进行检测，发现突
变体果蝇的节律性可以得到恢复，因此他们认为这段
4.5
kb
的
mRNA
对应的基因就是
per
基因。
在这项研究中，
Bargiello
等构建的重组质粒包含果蝇的眼色基因
--
野生型玫瑰红基因<
/p>
（
ry+
），因此可以通过果蝇的眼色确
定其是否为转基因株系。