【提要】这里三篇文章是关于遗传工程和脑生理的最新研究成果。《冠癭病：自然界是遗传工程的工程师》，科学家根据这一奇特现象，证明了应用质粒把一种特殊的基因组移入细胞，设想培养新的固氮植物的可能性。《动物蛋白质的产生菌》则是遗传工程这一新技术取得的新进展，展现了微生物工业的美好前景。《性激素和脑发育》一文认为哺乳类、鸟类以及几乎肯定包括人类在内，脑发育都各经过一个关键期，在此期间性激素对脑的结构和功能发生永久性的影响，从而又能了解性行为的本质。

尽管有很多人并不了解，但植物确实患有一种称之为冠瘿病的肿瘤。这种瘿通常出现在植冠附近，即植物的茎和根结合部。由于冠瘿病是一种重要的经济植物的疾病，而且是动物癌症的一种模式，故许多年来人们已对该病进行了研究。从这些研究中获得的结果普遍支持这一假设：植物和动物癌肿有着许多共同特性。

近来，关于植物肿瘤方面已作出一项有价值发现。植物肿瘤的出现是天然遗传工程的成果，（细菌向植物细胞进行DNA的转移）。这一发现向许多研究者预示——如固氮那样——遗传特性引进植物里，采用这一转移过程就有成功的可能性。

根癌病脓杆菌（Agrobacterium tumefaciens）早在七十多年前就已被确定是冠瘿病的病菌，但是长期以来它致病的方式仍然是一个谜。只是在前几年，说明DNA转移现象的证据才开始有所积累。在1940年由洛克菲勒学院（现在改为大学）的A. Braun及他的同事的发现，是目前研究结果进程中的重大里程碑。他们的发现表明，一旦细菌诱发植物产生了肿瘤细胞，在肿瘤生长过程中它就不需要继续存在了。例如，肿瘤组织能在没有这种细菌的实验室里的玻璃器皿中生长。并且这些无菌的肿瘤在移入健康植株之后将能继续生长。

这些结果暗示根癌病脓杆菌引起受感植物细胞的永久性改变，使受感细胞获得了像肿瘤细胞那样生长失调的特性。Braun指出，这种细菌通过把它们产生的肿瘤诱导素（TIP）输入植物细胞来引起这些变化。

Braun提出这个假设，是在基因化学特性仍在讨论的情况下作出的。在了解了基因是由DNA构成后，就产生了TIP可能也是DNA这样一个问题，因为遗传物质的转移能够解释植物细胞的永久性变化。然而，早期在植物肿瘤细胞中检出细菌DNA或其它细菌物质的努力都失败了。

尔后在1974年，比利时的根特大学的J. Schell、U. V. Uontagu等所提出的证据表明，在根癌病脓杆菌的许多菌株中发现的大分子质粒与细菌引起肿瘤的特性有关。（质粒是位于细菌染色体外面的环形DNA分子。已知它们携带着许多基因，如抗菌素抗性基因。）

在根特大学和华盛顿大学Uilton Gordon、Eugene Nester实验室以及荷兰莱顿大学Rebbert Schilpereort实验室和澳大利亚阿得雷德大学Allen Kerr实验室里所进行的进一步研究，均支持了这一假设。这些研究者指出，根癌病脓杆菌的感染性菌株一旦丧失了质粒，也就失去了产生肿瘤的能力。反之，把这种质粒移入非感染性菌株中，这些菌株就获得了引起冠瘿病的致病的特性。虽然这些实验并未提供有关目前被称之为Ti质粒（致癌质粒）赋予细菌产生肿瘤的能力的信息，但他们提供了质粒DNA可能就是Braun提出的TIP的设想。

在同种细菌的不同菌株之间，甚至在不同种的细菌间的质粒互换是一种众所周知的自然现象。但对于细菌的Ti质粒或者它们中的一部分是否可能进入植物细胞并在其中起作用的观点是有着激烈争论的。对于这件事存在着许多的障碍，其中包括植物细胞壁和细胞膜以及能破坏外源DNA的植物酶。此外，还普遍认为在简单的原核细菌细胞里基因的调控是不同于较复杂的真核植物细胞或动物细胞。即使质粒DNA进入植物细胞并生存着，但它们是否能在新的植物环境中起作用还是值得怀疑的。

但是，人们普遍认为质粒DNA确实进入受感染细胞之中。华盛顿大学的Uary-Dell Chilton与Gordon以及Nester在感染了根癌病脓杆菌而转化成的肿瘤的细胞中检出了质粒DNA。正常植物细胞不含有质粒DNA片段。

质粒DNA的获得被认为是植物细胞转化的依据。在根特和西雅图的实验室里绘制的质粒DNA图表明，至今所有研究过的Ti质粒有许多的DNA片段是共同的。Chilton、Gordon和Nester提出，转化到植物细胞中去的那部分质粒DNA就是这些共同片段中的一种。此外，Schell和他的同事发现了在这些共同片段中发生突变会破坏质粒诱发肿瘤的特性。因此，由质粒DNA所致的植物肿瘤的形成过程同由于肿瘤病毒核酸的吸收而引起的一些动物肿瘤的形成过程可能相类似。

法国凡尔赛国家农业技术研究所的研究者提出了另外的一些关于质粒DNA进入植物细胞的证据，并发表了他们的观察结果。Jacaues Tempé和Annik Petit与已故的Geotge Uorel合作，发现根癌病脓杆菌的一些菌株诱发形成的冠瘿合成的一种称之为octopine的章鱼碱，而其它菌株产生的肿瘤合成一种不同的仙人掌素“opine”，称之为作用物nopaline。正常成熟的植物细胞不产生这些化合物。此外，凡尔赛的研究者还提出，诱发产生章鱼碱肿瘤的细菌菌株能利用章鱼碱（而不能利用仙人掌素），把它作为能量的唯一来源，而诱发产生仙人掌素肿瘤的菌株情况正好相反。这项研究表明，这种细菌将翻译为“作用物”的酶系的基因转移到植物细胞中去，并且这些基因在那里控制酶蛋白的合成。然而，这只是有关该作用机制的两种解释中的一种。这种细菌可能仅仅激活植物的基因，而在未感染的细胞里这些基因通常关闭着。

合成“作用物”（opine）的基因是来自细菌还是来源于植物，这是一个重要的问题。如果它们是细菌基因，那么植物必须具有能把外来DNA的信息翻译成行使功能的酶蛋白结构的合成机制。有迹象表明这是可能的。Seattle和Leiden小组以及威斯康星大学的Jolin Kemp及其同事在转化的植物细胞里检出了质粒DNA的RNA副本。因此，至少基因表达的最初阶段似乎是植物细胞进行的。但这并不必定表示植物细胞完成过程的最后阶段和合成异性蛋白质。如果致瘤质粒（Ti）作为遗传工程载体的话，那必须满足合成外源蛋白质的条件。

虽然有一些研究人员仍然对此问题持保留态度，但现已确实找到了证据证明根癌病脓杆菌的致瘤质粒携带翻译酶（合成opine）所需的基因。例如，Schell和他的同事通过把易位子插入到质粒DNA中间，获得许多质粒的突变型。（易位子是DNA片段，它能可逆地插入到DNA的许多不同的位置上。）

一种质粒突变型丧失了在植物细胞里诱导合成仙人掌素的能力，但仍保持了其转化细胞的能力。根特的研究者们指出，易位子在致瘤质粒中插入的位置就在转化细胞中找到的共同区域的附近。此外，他们还在质粒突变型转化的细胞中检出了易位子。因此，Schell推断，进入植物的质粒DNA包括二个极小的独立的基因组。一组基因含有细胞转化所需的基因；这些基因在共同的片段中。另外一组基因则用来翻译“作用物”所需的酶。

所有这些意味着根癌病脓杆菌具有一种不寻常的寄生方式。Nester称之为“遗传寄生”，而Schell则把它描绘成“遗传移民”（genetic colonization）。细菌通过把它的少量DNA转移到受感细胞内，诱导植物合成一种植物本身不能利用的化合物，但是这种化合物却给细菌提供了能量的来源，并阻止了其生长。

虽然大多数证据表明，合成“作用物”的基因是质粒基因，但对此结论仍有一些反对者。例如，东北大学的J. Lippincott和B. Lippincott指出，合成“作用物”的基因，是那些吸收了质粒DNA之后激活的植物基因。Lippincott夫妇俩也在蚕豆胚细胞里检定了章鱼碱。他们提出，合成章鱼碱的基因在发育过程中被关闭了，随后又被质粒ONA重新打开。

这一提法与他们作出的假说是相吻合的，即植物细胞的肿瘤态表示它回复到胚胎态或非分化态（动物肿瘤细胞也有类似的提法）。Lippincott夫妇俩也发现了转化植物细胞的细胞壁丧失了与根癌病脓杆菌联结的能力，而这一联结是细菌感染的第一步。在这一点上，转化细胞类似于胚胎细胞，而有区别于正常的分化细胞。然而，其他研究者至今未能在胚胎细胞里重复Lippincott夫妇发现的章鱼碱。

目前对T5质粒感兴趣的一个主要原因是它们可以作为一种有用的载体，可能把需要的基因转移到植物细胞中去。例如，这些基因可能就是抗虫害或疾病的基因，或固氮基因以及使植物自己能合成氮肥的基因。Schell小组早已指出，致瘤质粒将把它所携带易位子DNA转移到植物细胞中去，这首次证明了能够应用质粒把一种特殊的基因组移入细胞。

然而，如果其结果仅仅是导致肿瘤细胞，则这种质粒在植物遗传工程方面将不是十分有价值的。但Braun实验室证明某些植物肿瘤组织能再生出具有正常结构的植物。西雅图和根特的研究小组都指出，来自这些显然正常植物的细胞仍携带Ti质粒DNA并合成nopaline。

另一种把致瘤质粒用于遗传工程的方法是把质粒DNA移入植物的原生质体中去、原生质体就是植物细胞被溶解掉其外面的细胞壁。在适当条件下，某些原生质体能再生出完整的植株。许多研究者，包括在戴维斯的加利福尼亚大学的Clarence Kado及其同事，英格兰的诺丁汉大学的Edward Cocking，以及日本东京大学的Toshiyuki Nagata均发现原生质体会吸收致瘤质粒DNA。Kado说到，原生质体含有质粒DNA的RNA复本，这一发现表明至少基因表达的最初阶段能够进行。

总之，有可能改造和控制致瘤质粒，使它能感染植物细胞而不转化它们。有关基因特性的研究以及细菌联结，质粒DNA转移和转化中其他阶段所需的基因产物的研究，可能有助于这方面工作。

然而，在致瘤质粒能被用以把有价值的基因移入植物之前，将有许多问题要得到解决。例如，从肿瘤组织再生出的植物研究表明，它们所携带的质粒DNA在种子形成时丢失了。这可能意味着用于植物遗传工程的致瘤质粒，将局限在那些能用插条方法繁殖的植物。另外的限制是由于根癌病脓杆菌很难感染单子叶植物（胚胎只有一张子叶的植物）这一事实。虽然许多重要的农作物是单子叶植物，其中包括玉米和小麦，但研究者们仍然认为，致瘤质粒可能最终在植物育种遗传方面起着一种重要的作用。

〔Science 1979年1月19日〕