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小鼠成长纪之六:DBA的诞生
上一章给大家介绍了身为卡斯尔实验室小鼠管理员和热衷于遗传学的哈佛大三学生利特尔有了通过近亲繁殖培育“纯系”小鼠的想法,可这一想法并没有得到他的导师卡斯尔的支持。但在把学术自由放在首位的哈佛布西研究所,这不会成为阻止利特尔坚持下去的理由。此时的利特尔已经有了继续在卡斯尔门下攻读博士学位的想法。卡斯尔在学生培养过程中特别看重独立的科研能力,为此,利特尔也在思考着如何来设计一个独立研究项目来完成他的博士学业。
当利特尔还有一丝丝犹豫是否以近交系小鼠培育这个极具挑战性的项目作为他攻读博士的研究课题时,丹麦植物学家威廉·约翰森发表了一篇论文,似乎解决了通过近亲繁育得到纯系的问题。约翰森以自花授粉植物菜豆为实验对象,通过持续自我受精得到了所有基因座都高度遗传同质的菜豆。不久之后,哥伦比亚大学的詹宁斯和约翰霍普金斯大学的雷蒙德发表了理论论文,展示了约翰森的“纯系原理”的数学模型,并认为在理论上这个原理也适用于非自我受精的动物。利特尔立被这项关于近亲繁殖的新工作所吸引,并给予他开展近交系小鼠培育工作以极大的信心。他认为这说明 “其他形式的遗传同质性也可以通过连续近亲繁殖来实现,只是需要更长的时间而已。”于是,利特尔不再犹豫,很快就找来几对小鼠开启了近亲(亲子交配或兄妹交配)繁育尝试。
正如卡斯尔预测的那样——稳定的近交系小鼠品系的培育并不容易。第一代中的大多数小鼠很快就死掉了,近交后窝产子数也减少了,虽得到了一些存活个体,但它们却丧失了生殖能力。但利特尔并没有放弃,在多次努力尝试后,一种被宠物爱好者称为“银鹿”的后代没有表现出上述弱点。这也让利特尔看到了成功的希望,他以最快的速度扩大了这个“银鹿”的近交子代,并以毛色等位基因对该小鼠进行了重新命名。这个“银鹿”小鼠拥有毛色色素颗粒“稀释”的隐性基因(dilution)及“棕色”(brown)和“非鼠灰”(nonaguti)三种毛色相关基因(关于小鼠毛色成因可关注本号前文《小鼠的毛色是如何形成的?》)。 1911年,利特尔在《科学》杂志报道他这个近交系小鼠工作,并以上述三种毛色等位基因的首字母简写——dba来正式命名了这种“淡褐色”的小鼠品系(后更名为DBA)。在该论文发表的前一年,利特尔也已顺利地通过了博士入学考试,并成为卡斯尔在布西的第三名博士生。虽然考取了博士,但他并没有放弃小鼠管理员的工作,继续帮卡斯尔照顾他的小鼠。需要说明的是:即便利特尔从1909年初就开始他的DBA培育工作,到1911年工作发表,按照小鼠繁育代际间隔不少于两个月的时间计算,此时的DBA小鼠也仅能完成十几个代次的近交,并没有达到利特尔后来所定义的近交系小鼠需要连续二十代近亲繁育的要求。尽管如此,DBA的培育成功证明了通过近亲繁育是可以得到“纯系”小鼠的。
近交系培育的意义在于:通过连续的近交,让所有基因座都纯合。当所有个体都拥有相同的纯合的等位基因时,近交系种群内部就不会出现因有性生殖而导致的性状分离现象,也就是说每一个子代个体都是上一代或其它个体的复制品(PS:雌雄个体之间还是有显著差别的)。这些复制品可以通过不断传代扩大种群并长期保存(此时还没有胚胎冻存的技术)。这意味着近交系小鼠是一款真正标准化了的模型动物。就遗传学研究而言,近交系的遗传背景是一致的,因此利用其开展研究就可以排除因遗传组成不同而产生的干扰。
还是博士二年级的利特尔是否认识到近交系的这些优势已无从知晓,但首个近交系小鼠——DBA的培育成功却给了他极大的信心,此时的他不仅期望开展更多独立的科研工作,也开始思考着如何发挥近交系小鼠的作用。
二十世纪的前20年,遗传学才刚刚起步,即便在布西,小鼠也不是遗传学研究的首选动物。虽然利特尔在小鼠上实现了近亲繁育,并得到了首个真正意义上的近交系,但这并没有激起卡斯尔多大的兴趣,他只是鼓励了一下利特尔,并建议他在其它动物上也尝试一下他的近交培育工作。为此,利特尔曾对卡斯尔实验室的猫的遗传学产生了短暂的兴趣,但并没有得到什么可以记录的结果,他的主要精力还是专注于构建和实施他的小鼠育种计划。从1909到1912年的三年时间内,利特尔繁育了超过10000只小鼠,这些实实在在的经历让利特尔在小鼠遗传学上积累了丰富的经验,同时,也进一步加深了他对小鼠遗传学的理解。但是要让他钟爱的小鼠尤其是他刚刚培育成功的近交系小鼠得到生物学界的认可,利特尔还需要寻找新的突破口。
然而接下来的一年(1913年)利特尔却无法专注于此事。他与波士顿一位著名建筑师的女儿凯瑟琳·安德鲁斯步入了婚姻殿堂,并正期待着他们的第一个孩子的出生。同时,他还要撰写他的博士论文和准备博士学位答辩。为此,利特尔系统地总结了他所开展的小鼠毛色遗传学工作,并形成了一篇大部头的博士论文。论文中他不仅论述了仍在进行中的小鼠从花式鼠爱好者的“宠物”到遗传学家的实验室“宠物”的转变过程,同时还谨慎地提出了以孟德尔因子(基因)组成来为小鼠命名的原则。该论文也被卡内基研究所以专著的形式正式发表。但是,由于控制学位授予权的老派哈佛动物学家们对布西研究所工作的不认可,利特尔在由他们主导的答辩委员会上进行博士学位论文答辩时吃了憋——没有通过。这一结果导致利特尔不得不以学生的身份继续留在哈佛以等待下一次答辩的机会。
没有通过论文答辩,无法拿到博士学位对利特尔的打击是可想而知的。利特尔将何去何从?它对小鼠的成长又产生了哪些影响?
参考文献:
1. Clarence Cook Little 1888—1971. A Biographical Memoir by George D. Snell.
2. KA Rader(1998) "The Mouse People": Murine genetics work at the Bussey Institution, 1909-1936.
3. KA Rader (2004) Making Mice. Standardizing Animals For American Biomedical Research, 1900-1995.
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