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牛滿江：什么是外基因(Epigene)
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病毒(Virus)中核糖核酸(RNA)是基因(Gene)。
希望這篇報(bào)告能幫助讀者在尋求生命現(xiàn)象因果關(guān)系時(shí)，循序地理解到動(dòng)植物細(xì)胞質(zhì)中mRNA具有基因的功能，故名外基因(Epigene)。
1997年春英國(guó)克隆綿羊多利(DOLLY)發(fā)表后，媒體傳播克隆動(dòng)物(供細(xì)胞核)與克隆的動(dòng)物(供去核卵細(xì)胞)基因相同。美國(guó)一位有經(jīng)濟(jì)實(shí)力的物理學(xué)家，反對(duì)政府禁止用國(guó)家資助研究單位進(jìn)行克隆人的實(shí)驗(yàn)，他要用自己的細(xì)胞核克隆產(chǎn)生與他一模一樣的兒子，實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)者認(rèn)為這是不可能的。簡(jiǎn)單的說(shuō)，克隆人提供的細(xì)胞核，移入提供卵子的人，不是同一個(gè)體，假若克隆女人的細(xì)胞核，移入同一女人的去核卵內(nèi)就有可能。為什么?因?yàn)榧?xì)胞質(zhì)內(nèi)的物質(zhì)影響細(xì)胞核的表達(dá)。舉例說(shuō)明，雙胞胎有兩種：(1)同性雙胞胎，不論男或女，胎兒完全相同，因?yàn)楫?dāng)一個(gè)受精卵在發(fā)育過(guò)程中，分為兩個(gè)個(gè)體；(2)異性雙胞胎，由兩個(gè)精子進(jìn)入兩個(gè)卵子中而得的胎兒，雖有兩男、兩女或一男一女，但他們完全不同。同樣的道理，母馬與驢父的后代是騾子，母驢與馬父得的后代為驢騾。從上所述，知道卵細(xì)胞物質(zhì)有決定后代形態(tài)的因子。
卵細(xì)胞質(zhì)中有線粒體，其中含脫氧核糖核酸(DNA)，它的功能是提供細(xì)胞在新陳代謝時(shí)所需要的能源，沒(méi)有參入形成器官的功能，到底在受精卵細(xì)胞質(zhì)中是何種物質(zhì)左右卵在發(fā)育過(guò)程中的形態(tài)變化呢?眾所周知，卵子中儲(chǔ)存的有信使核糖核酸(mRNA)及蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)是mRNA表達(dá)的產(chǎn)物，形態(tài)或生物化學(xué)物質(zhì)，因此所以說(shuō)，mRNA可能是形成器官的物質(zhì)。
如何證明卵中儲(chǔ)存著器官形成的mRNA？從實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)的觀點(diǎn)，首先根據(jù)mRNA翻譯蛋白質(zhì)的功能，從金魚卵中提取純mRNA(多種)，讓它在實(shí)驗(yàn)管中利用C14標(biāo)記的此氨基酸合成蛋白(多種)用各器官蛋白質(zhì)(Antigen)所生產(chǎn)的抗體(Antibody)分別與新合成蛋白混合，產(chǎn)生抗原/抗體的沉淀，沉淀分解后經(jīng)PAGE分析得到C14標(biāo)記蛋白，依所用抗體，認(rèn)出血紅蛋白、肝臟的白蛋白等等。如此證明卵中含有不同翻譯器官蛋白的mRNA。直接證明法：從兔紅血球、鼠肝臟、蛙肌肉等提純mRNA，分別注入金魚受精卵內(nèi)，等金魚發(fā)育成熟，分析各器官，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有注射mRNA的各器官?zèng)]有改變，只有注射過(guò)紅血球mRNA金魚，它的紅血球中變?yōu)榻痿~與兔的雜交型，同樣注射大鼠肝臟mRNA到金魚卵，注射魚肝臟也變?yōu)轸~鼠的雜交型。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)表明外源mRNA及內(nèi)儲(chǔ)mRNA共同參入雜交型，說(shuō)明mRNA具有基因的功能，故名外基因(Epigene)，因?yàn)榛?Gene)在細(xì)胞核內(nèi)。
根據(jù)紅血球mRNA及肝臟mRNA在金魚卵內(nèi)分別具有同源mRNA，我們推論卵內(nèi)尚有其他的mRNA，比如心、肺、腎、胃及睪丸mRNA等的同源mRNA，每種負(fù)責(zé)一個(gè)器官的形成，因此卵細(xì)胞核中DNA(基因)負(fù)責(zé)個(gè)體傳代，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)mRNA(外基因)參與各器官形成。
動(dòng)植物有性生殖后代，各種特征的表達(dá)依該特征的顯性或隱性而定。金魚尾鰭是美麗四葉，鯽/鯉魚尾鰭是二葉叉型。魚類專家曾用人工受精法得到金魚與鯽魚的雜交，后代的尾鰭，是鯽魚雙葉叉型(單尾)，永無(wú)金魚優(yōu)美的雙排四葉型(雙尾)。表明鯽魚尾鰭是顯性，金魚尾鰭是隱性。我們從鯽/鯉魚卵提取純mRNA，分別注入金魚受精卵，發(fā)育成魚中的尾型有25～33%是叉型，相反地，用金魚卵mRNA注入鯽/鯉魚受精卵，所發(fā)育的魚尾尾鰭沒(méi)有改變。這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明鯽/鯉卵中形成尾鰭的mRNA是顯性遺傳物質(zhì)，它能修補(bǔ)金魚隱性遺傳的尾鰭，變成顯性。植物菌類中面包酶(Neuraspora crassa)中，有肌醇(lnosital)需要的突變種(隱性)，從野生面包酶中提取純化DNA及mRNA分別處理突變種，二者都能促使突變種恢復(fù)到野生種。它倆功能不同：DNA改變的特征，下代中會(huì)消失，恢復(fù)突變種，mRNA改變的永遠(yuǎn)不變。果蠅有Bicoid基因是形成頭部的物質(zhì)，無(wú)Bicoid的果蠅，卵子發(fā)育出的果蠅缺少頭，若用Bicoid基因轉(zhuǎn)錄mRNA處理Bicoid-less卵后，它們就恢復(fù)產(chǎn)生具有頭部的果蠅。
外基因是卵細(xì)胞形成期(Oogenesis)DNA(基因)轉(zhuǎn)錄各器官mRNA，修補(bǔ)后儲(chǔ)存到細(xì)胞質(zhì)中：受精卵發(fā)育過(guò)程中，這些mRNA與基因關(guān)系是個(gè)爭(zhēng)論的問(wèn)題，我們提出mRNA轉(zhuǎn)錄cDNA的可能性。這項(xiàng)提議的焦點(diǎn)(Crux)是金魚卵中有無(wú)逆轉(zhuǎn)錄酶(R.T.)，經(jīng)幾年的努力，我們提出純化的金魚卵子中的RT；它需要三價(jià)鐵的激活，這點(diǎn)是與病毒RT不同點(diǎn)。
眾所周知，去核金魚卵仍能合成蛋白質(zhì)，線粒體不復(fù)制，注射H3標(biāo)記胸苷到去核卵后，經(jīng)放射自顯影分析發(fā)現(xiàn)銀顆粒分布全卵內(nèi)，銀顆粒代表新合成的DNA。注射兔血紅蛋白mRNA到去核卵，2—3小時(shí)后，從注射mRNA及不注射卵提純DNA，兩種DNA分別與P32標(biāo)記兔DNA雜交，結(jié)果是注射的出現(xiàn)雜交帶，不注射的無(wú)。表明外源兔mRNA受R.T.的催化，轉(zhuǎn)錄互補(bǔ)cDNA。
去核cDNA經(jīng)H3-胸苷標(biāo)記后，注入受精卵，到囊胚初期，注射阻止細(xì)胞分裂的秋水仙素，不注射的作為對(duì)照，2小時(shí)后，再用放射自顯影技術(shù)處理，顯微鏡看到未注射細(xì)胞核內(nèi)銀顆粒分布平均，注射細(xì)胞核銀顆粒聚集在分裂中期的染色體。如此證明注射的去核卵H3-cDNA插入囊胚期的染色體，在成魚紅血球中表達(dá)。注射兔血紅蛋白mRNA到金魚卵，同樣有四分之一的成魚紅血球中含有兔血紅蛋白。
魚卵內(nèi)儲(chǔ)存不同器官形成mRNA，每個(gè)mRNA或它與外來(lái)同源mRNA結(jié)合，RT催化下轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ)cDNA，cDNA如何插入染色體？它與mRNA修補(bǔ)基因同樣回歸(Homing)染色體，激活/轉(zhuǎn)錄(mRNA)的基因表達(dá)。
哺乳類動(dòng)物老鼠，切除卵巢后，子宮即退化。隨后注射雌性激素(E)，子宮漸恢復(fù)正常形態(tài)。對(duì)于E功能的表達(dá)，內(nèi)分泌學(xué)者看法不同，根據(jù)子宮退化減少蛋白質(zhì)的含量。為了增加子宮細(xì)胞蛋白，從正常老鼠子宮提取純mRNA，注射入已退化的老鼠子宮內(nèi)，它翻譯蛋白質(zhì)，修復(fù)子宮成正常形態(tài)；對(duì)照組注射牛肝臟的mRNA入子宮后，其形態(tài)未變。博士研究生在研究牛肝臟mRNA處理的子宮是否合成白蛋白時(shí)，發(fā)現(xiàn)牛肝mRNA處理的含有牛的白蛋白；注射鼠肝mRNA得鼠白蛋白；注入雞肝mRNA得雞的白蛋白等等。所以說(shuō)各種動(dòng)物同類器官是同源(mRNA)，但保持品種特征。舉例說(shuō)明，牛肝mRNA改變退化子宮，使它生產(chǎn)牛白蛋白。若用牛肝mRNA處理鼠腹水腫瘤細(xì)胞后，它們獲得產(chǎn)生牛白蛋白的功能，但失去了腫瘤細(xì)胞具有分裂快的特征，如此也可以說(shuō)牛肝mRNA把腫瘤細(xì)胞改變?yōu)楦渭?xì)胞。這種現(xiàn)象不限于動(dòng)物與動(dòng)物，植物與植物之間。熒光蟲(chóng)發(fā)光所需要的基因—熒光酶(Luciferase)用來(lái)處理草，使草晚間發(fā)光。1994年我們?cè)?jīng)把Lu基因轉(zhuǎn)錄RNA，注入金魚受精卵中，從發(fā)育的胚胎及幼魚提取蛋白質(zhì)，其中發(fā)現(xiàn)具有發(fā)光的酶(未發(fā)表)。
總結(jié)：上述各種實(shí)驗(yàn)證明mRNA是外基因(Epigene)，它可能受到復(fù)雜內(nèi)在/外界環(huán)境的影響，引起外基因成分的增加/減少，導(dǎo)致基因的改變。Darwin講生存競(jìng)爭(zhēng)，適者生存。
Lamarck講，用者進(jìn)，費(fèi)者退。兩個(gè)學(xué)說(shuō)都認(rèn)為基因可以改變的，外基因功能的機(jī)理，為兩學(xué)說(shuō)提供改變基因的可能。
作者：牛滿江，美國(guó)著名生物學(xué)家
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