科学人生
 
  微生物所酵母菌遗传变异研究的开创  
  

蔡金科教授访谈录

  我1926年1月24日出生于山东高密,在高密初中毕业后,到青岛礼贤中学读高中,毕业后,1949年考取山东大学植物系。1953年毕业后统一分配到北京来,在我们所前身菌种保藏委员会(菌保会)工作,我和乐华爱是同班同学,一起来的,是进入这个单位的第一批大学毕业生,那时全单位只有13个人,有方先生、阎先生等。来到菌保会后,就跟方心芳和汤佩松两位老师做酵母菌的遗传变异和生理学研究工作。汤佩松是学部委员,就是现在的院士。在他们两位先生指导下,做高温酵母的诱变研究工作,当时叫定向变异。汤先生指导我们研究酵母菌的呼吸作用。我们得到了耐高温酵母菌株AS2.346、AS2.119和AS2.119,酒精的产率比原来的亲本菌株要高11%,在42℃时也能正常进行酒精发酵。当时和我一起工作的还有吴琼发,他已经去世了。后来又做过耐氟化钠酵母的选育,这些研究工作都发表在1956年和1957年的《植物学报》上,英文稿在SCIENTIA SINICA上发表。
  1957年组织上把我推荐到苏联留学。到苏联后,开始去微生物研究所,所长依姆歇涅斯基说他们不搞遗传学研究,便推荐我到苏联科学院的遗传学研究所去,经过我们国内领导同意,我便成了那个所的第一个中国留学生。在苏联的遗传所,我的导师科是副所长西考夫教授Косиков К.В.。这位教授是著名遗传学家穆勒(H.J.Muller)的学生。穆勒是摩尔根的学生,1946年因为研究辐射遗传学的重大贡献得到诺贝尔生理学和医学奖。科西考夫对摩尔根遗传学有很高的造诣,我就希望做形式遗传学的研究工作,选题是用蔗糖诱变酵母菌,并进行杂交试验,作基因分析。幸运的是我的导师同意了。我发现蔗糖可以诱变酵母菌的不同的suc基因,用不同浓度的蔗糖可以诱变出不同的突变体,这些突变的蔗糖酶基因并不连锁,很有意思的是这些突变体发酵蔗糖的速度也有快慢。我们在苏联发表多篇文章,得到了生物学副博士学位(相当于中国或欧美的博士学位)。
  1961年我回国了,又回到方先生那里去请求工作。可是方先生说你现在是搞遗传学工作的,你去遗传室吧,于是我就在遗传室建立了我国第一个研究酵母菌遗传变异的研究组,后来我们国家也没有别的地方专门做这方面的工作。可是,我当时没有各种标准的突变菌种,但要做遗传分析那是少不了的,只好托我的老师,山大的王祖农老师去法国开会时为我收集,还托复旦大学的谈家桢教授帮忙。谈先生在国外认识的人多,给我要来了很多酵母菌的基因突变株,本来我不认识他,是托人找到他的,他对我的帮助很大。后来1979年我到美国去,自己又收集了不少突变菌种。
  1979年9月我跟随薛禹谷带队的中国科学院微生物学代表团访问美国,了解酵母菌研究新进展,到过冷泉港、麻省理工、威斯康辛大学、耶鲁大学和哈佛大学,收集了多种突变体的标准菌种。这样,我们研究组一共积累了约120株突变体,是国内收藏酵母菌基因库最多的。没有这些标准菌种,你怎么去研究细胞遗传学呢? 所以我们所,也就是我们组,收集的标准菌种是国内最多的,也是这方面研究工作最好的中心。可惜的是我退休以后没有人继续研究了,我的那些研究生都到外国去了。要做这方面的研究,必须有很好的形式遗传学基础。这些非常宝贵的菌种现在可能还保藏在我以前那个组里的人手中,他们已经不再做这方面的工作。我希望所里能够把它们收回保藏供后来的人使用。
  现在我们用酿酒酵母进行酒精发酵是用粮食作原料,但酵母菌的发酵能力有强有弱无法控制,什么原因呢,可能是因为对这些酵母菌的遗传背景不清楚。在20世纪70年代,我就开始用当时生产上使用的最好的酒精酵母作材料,进行遗传分析。经过大量工作,我们发现了4个麦芽糖基因,先是从啤酒酵母分离出MALAMALBMALC等3个基因,又从卡尔斯伯酵母中分离出MAL6基因,这些工作是非常复杂的,要反复进行多次杂交。这是在国内最早从酵母菌分离出的基因,后来在《遗传学报》上连续发表了多篇研究酵母菌杂交育种的文章,又在英文版的遗传学报上发表了酵母菌麦芽糖代谢的遗传调控的研究结果。后来杭州大学的陈士怡先生让他的学生重复我们的工作,结果和我们一样,所以我们的工作还是很扎实的,国内酵母遗传研究是我们所开创的。很奇怪,我们分离出的4个MAL基因中,有2个基因在一起时发酵力比原来的还强,4个MAL基因在一起保持原来的发酵力,另外2个在一起时发酵力还更差了。所以并不是所有的基因在一起就行了,其中有对发酵力有利的,有不利的基因,还有附加的。遗传学研究对于育种是非常重要的。我们所的酵母菌很多,都是方先生收集的。我们选了两株酵母菌是不发酵麦芽糖的,当把他们进行杂交时,结果杂交种能发酵麦芽糖了,这叫做基因互补。遗传学是非常复杂的,没有这方面的基础根本做不了。从自然界中分离出不利用麦芽糖而又带着麦芽糖互补基因的酵母菌是极其罕见的,我们从保藏的不利用麦芽糖的酵母菌株中找到球形酵母和奇异酵母存在着2个麦芽糖互补基因。使隐性基因变成了显性基因。这两个互补基因不连锁。我们就这样发现了两个过去没有报道过的麦芽糖基因。这方面的遗传学研究,对遗传进化也有意义,为什么原来不发酵麦芽糖,诱变后就发酵了呢。我们发表这方面的工作后,国外向我们要菌种,国内许多地方也来要菌种。这些菌种我退休后交给了同组没有退休的同志,这些菌种都有遗传标记,是宝贵的财富啊。
  后来有些遗传学界的朋友问我酵母菌怎样育种呢,最好用带有遗传标记的菌株来做。因此我们就用酿酒酵母作为实验菌,做它们对杀假丝酵母菌素抗性的遗传机理研究。也得到了成果,又发现了两个没有报道过的基因。所以我一生新发现了4个酵母菌基因。
  我们进行了互补基因研究,用抗性基因作标记。通过这些工作,我们对酿酒酵母的遗传背景基本上就清楚了。我做了50年的酵母菌的工作,是方先生为我建立了一生工作的基础。
  在20世纪50到60年代,微生物育种工作主要是诱变,就是用物理化学因子对酵母菌进行诱变。我们也进行了一系列诱变工作,如紫外线、电离辐射、亚硝酸、羟胺等理化因子的诱变试验,获得较好的效果,也为我们后来菌种选育带来很大好处。如酵母菌的抗性基因CDA R30CDA R90的分离鉴定等。有篇论文“羟胺对粟酒裂殖酵母菌的诱变效应”在1966年第一期的《微生物学报》发表后,曾经得到《中国科学》编辑部的约稿,要对外发表,我把它翻译成俄文请相望年先生交去,不久文化大革命到来,它的命运就不知道了。
   1979年从美国访问回来后,形式遗传学的工作就不再做了,开始搞分子遗传学。我年纪大了,指导我的研究生做。我们克隆了酵母菌的TRP5(色氨酸合成酶)基因和PGK1(磷酸甘油酸激酶)基因,这两个基因在酵母分子遗传学界用得非常广泛,是我们自己克隆出来的。后来我们又构建了穿梭质粒pCN 60,这个质粒比较小,稳定,多拷贝,可以在大肠杆菌中大量复制,它不整合在染色体上,它带了PGK基因,有一个非常长的启动子。可是这个质粒构建好以后,我要退休了,就没有人继续接下去做表达。本来我想做生长激素的表达。留下来的同志没有做下去,因为要求化学基础好的人来做。这个穿梭质粒是我们中国自己构建的新质粒,外国人要也没有给。这个质粒也保藏在原来的组里,开始有人管,后来他去美国探亲去了,我的学生都没有留下来,就没有人再管了 。
  在育种方面,我也做过很多工作。首先是我用酿酒酵母进行了4个基因的重组工作,提高了酒精产量。我做过用甜菜糖蜜发酵酒精,因为原来的酵母菌不发酵棉籽糖,经过杂交,可以发酵了。棉籽糖随废水排放,容易造成水体污染。能发酵棉籽糖,就可以减少污染。我是个科学工作者,加上我年纪大了,不想下工厂去,那些年轻人也不想到工厂去,如果当时有人专搞推广就好了。我还搞过药用酵母,经过一系列实验选育出一株优良菌株,菌体含蛋白质60%,后来我偶然发现,这株酵母菌的细胞质里含有20%的赖氨酸,是一株高产赖氨酸的酵母菌,这株菌我还保存着。我们还搞过生产维生素B1和麦角固醇等的菌株选育,得到很好的结果。
  另外,在我工作期间,培养了一批研究生,也带过几位年轻人,我还到山东大学、中国科技大学、中国农业大学和北京大学讲过遗传学的课程,我曾在国内外学术刊物上发表过研究论文50余篇。