早期臺灣生物科學研究進展（中）

蔡新民++趙寶山

（接上期）

該機構(gòu)現(xiàn)任所長為鄭淑珍，共有34位研究人員，所內(nèi)設有動物室、電腦室、生物資訊核心實驗室、核酸測序?qū)嶒炇?、基因突變鼠動物模式核心實驗室、干擾性核糖核酸核心實驗室、基因轉(zhuǎn)殖中心、植物基因溫室等實驗設施，主要研究方向以細胞分子生物學、發(fā)育生物學及結(jié)構(gòu)生物學為重點，針對細胞互動與信息傳遞、細胞核結(jié)構(gòu)與功能的研究、遺傳與生物發(fā)育、巨型分子的結(jié)構(gòu)與功能關系等進行基礎研究工作，希望借助遺傳工程新技術來探討細胞分化及生物個體發(fā)育的分子機制，并期望在解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)后，由分子結(jié)構(gòu)的分析了解分子的結(jié)構(gòu)與功能之間的關系。

臺灣中研院基因研究中心成立于2003年1月，主要任務為研究基因組學與蛋白質(zhì)組學，致力于尋找與確認人類疾病的目標物，發(fā)展新穎的治療方式來消弭與克服疾病，并將研發(fā)成果通過技術轉(zhuǎn)讓給新創(chuàng)科技研發(fā)公司予以產(chǎn)業(yè)化，帶動臺灣生物技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

該中心首任所長為著名科學家李遠哲，現(xiàn)任所長由臺灣中研院院長翁啟惠兼任，顯見其對該機構(gòu)的重視。

該中心共有27位研究人員，另有14位技術人員和43名合聘研究人員，研究方向著重于對臺灣地區(qū)重要疾病的了解，進行人類疾病與微生物基因組學、蛋白質(zhì)組學及醣體學結(jié)構(gòu)與功能等研究，以及開發(fā)新的技術及藥物，通過前瞻性、創(chuàng)新性、與可行性的跨領域研究，發(fā)展高靈敏度的研究平臺和儀器，以增進對疾病的了解，進而發(fā)展新型的藥劑、疫苗、抗生素。

其研究重點為：重大疾病的防治-針對新流感（H1N1）及禽流感（H5N1）等病毒、泛抗藥性結(jié)核菌及金黃色葡萄球菌（MRSA）等細菌、乳癌及肺癌等，分析其關鍵生物分子的功能及與疾病的關系；新技術開發(fā)-發(fā)展超高速新藥篩選系統(tǒng)、醣芯片、全功能生物質(zhì)譜儀、納米材料的技術及功能，以及演化基因研究平臺；此外，也進行天然物藥劑及癌癥干細胞的研究，2013年共發(fā)表化學生物學研究領域論文42篇，醫(yī)學生物學研究領域論文87篇，物理與信息基因?qū)W研究領域論文10篇。

臺灣中研院生物多樣性研究中心正式成立于2004年，地址位于臺北市南港區(qū)研究院路二段，但實際在2005年，由原動物所和植物所從事生物多樣性研究的學者才正式轉(zhuǎn)入該中心。與中研院其他研究機構(gòu)不同，該中心除了本身從事自己的研究外，還提供部分經(jīng)費預算給外界專家，共同推動一些尖端或任務導向的整合計劃課題研究。

該中心現(xiàn)任所長為李文雄，共有26位研究人員，研究方向包括：遺傳多樣性及演化基因研究；臺灣生物相的系統(tǒng)分類；臺灣陸域及淡水生態(tài)系研究；海洋生態(tài)系研究；西太平洋海洋生物地理親緣研究；臺灣物種數(shù)據(jù)庫的建立及整合；生物多樣性的保育及可持續(xù)利用。

臺灣中研院植物研究所是臺灣歷史最悠久的研究機構(gòu)之一，其前身可追溯至1929年在南京成立的中研院自然歷史博物館植物組。1934年秋，該館改名為動植物研究所，1944年分設動物研究所與植物研究所，當時以高等植物分類學及藻類學為主要研究領域。1962年，臺當局重新“復建”植物研究所，由著名農(nóng)學家李先聞?chuàng)巍爸醒性褐参镅芯克I備處”處長。

李先聞早年師從美國康奈爾大學著名遺傳學家R.A.艾默生，回國后從事人工引變與育種和細胞遺傳學與育種的關系，后到河南大學農(nóng)學院，先是研究栽培粟的育種問題，隨后又開展了粟類的性狀遺傳和種間雜交試驗。

抗戰(zhàn)期間，李先聞在武漢大學初次實驗水稻育種，他自己記錄當時的情況：“我一人下田，穿短褲，水深沒脛，酷熱的天氣，猶如置身蒸籠內(nèi)，蚊子四面夾攻，揮之不去?！痹谖浯?，他和助手們首先發(fā)現(xiàn)了玉米不正?；ǚ郯l(fā)育的突變體，并對它進行了細胞學觀察，寫出了一篇論文。他們又第一次試驗成功了小麥與黑麥的遠緣雜交，由于學校準備遷到四川，只好把這株雜種苗從地里移到小花盆，隨身帶著，路經(jīng)宜昌、江津、重慶到達成都，然后栽到溫室里。到開花前，采取幼穗固定，進行細胞學分析，明確了染色體異常行為與花粉、胚珠敗育的關系。

1938年，李先聞應四川農(nóng)業(yè)改進所之邀，擔任該所食糧作物組主任，隨后做過四川稻麥改良場場長，負責糧食增產(chǎn)的研究和水稻作業(yè)方面實施檢定計劃工作。當時，他曾以在合川檢定的一個水稻優(yōu)良品種在綿陽試驗成功，于是設法推廣，很見成效。這一時期，李先聞與其合作者李競雄、鮑文奎一起，繼續(xù)專心致力于水稻、小麥、粟類等作物細胞遺傳學的系統(tǒng)研究。他們在秋水仙素引變植物多倍體、粟類遠緣種間雜交及其進化、小麥染色體聯(lián)會消失基因、小麥矮生性狀的遺傳分析等方面，做出了許多獨創(chuàng)性的研究成果，接連發(fā)表了多篇研究論文。

1944年，中研院植物研究所正式成立，共設8個研究室。其中的細胞遺傳學研究室是當時國內(nèi)唯一的遺傳學研究機構(gòu)，由李先聞?chuàng)问抑魅?，主持研究工作。他在自己親手開墾的半畝地上栽培小麥等農(nóng)作物，與合作者一道，先后重點開展了小麥、粟、甘蔗、玉米、高粱和有關種屬的染色體與性狀之間關系的多個課題研究，如小麥與狗尾草雜種的染色體變異、小麥穗型的變化與遺傳因子多寡的關系（單體、缺體、多體等）、高粱屬的雜種優(yōu)勢、甘蔗屬的細胞遺傳等。

在禾本科植物種間雜交實驗中，他和同事發(fā)現(xiàn)了許多種間雜交的不尋常之處，例如細胞分裂時紡錘體的不形成，將導致染色體運動的非對稱性，其結(jié)果可有一定幾率形成的重建核中，含有未減數(shù)的染色體組。這些發(fā)現(xiàn)，啟發(fā)了他以后探討用遠緣雜交法改良稻種的研究。

1948年11月，李先聞受臺灣糖業(yè)公司甘蔗研究所邀請，赴臺開展關于甘蔗的細胞遺傳學和育種與栽培實踐問題的研究，在臺灣屏東甘蔗育種場進行甘蔗遺傳育種改良工作的研究指導。1952年，他從區(qū)域試驗中發(fā)現(xiàn)了由南非引來的N：Co310品種，經(jīng)過試驗證明具有高產(chǎn)、高糖分、抗病、抗風、抗鹽的優(yōu)點，隨即組織繁殖并加以推廣，到1956年便擴大到8.1萬公頃。同時，他建立了甘蔗宿根繁殖制度，把兩年一熟制改為四年三熟制，從而使臺灣糖業(yè)生產(chǎn)獲得新生。當時臺灣70%的外匯要靠蔗糖的外銷得來，有了這個良種的推廣，臺灣經(jīng)濟隨之穩(wěn)定下來。臺灣農(nóng)民由此稱譽李先聞為“李半仙”和“甘蔗之神”。

在島內(nèi)“重建”植物研究所的工作十分艱難，沒有既定的所址，缺乏從事研究工作的適當人才，更談不上研究設備，李先聞只得將新聘人員暫時以合作方式安頓在臺灣糖業(yè)試驗所、臺灣大學等研究機構(gòu)內(nèi)，并利用上述研究機構(gòu)的設備有計劃地開展研究工作。當時最主要的研究工作是李先聞所領導的水稻細胞遺傳學的研究。

植物所成立之初，李先聞根據(jù)自己已往研究的經(jīng)歷，首先從專業(yè)人才的培訓著手，積極裝備實驗室，建立圖書資料室，重點強調(diào)學術研究氛圍的營造。1959年，中研院在南港興建生物館。1961年夏新館落成，開始人員遷入、集中工作。

1962年，李先聞出任正式成立的臺灣中研院植物研究所首任所長。該所初期研究工作的重點是水稻細胞遺傳、放射線誘變育種等、微生物以及竹筍醣類的代謝等。研究所需的經(jīng)費、儀器及圖書設備的購置由當時的臺灣科技主管部門資助，并在“國際合作”研究計劃下接受國際原子能總署、國際稻米研究所及美國農(nóng)業(yè)部的資助，使植物研究所逐漸發(fā)展壯大，研究領域也逐漸拓寬。有關研究人員的培訓也在李先聞的長期計劃下，一方面利用暑期延攬國際知名的專家學者做有系統(tǒng)的教學或?qū)嶒灧椒ㄊ痉杜c培訓，另一方面則選送植物所內(nèi)的基層研究人員赴海外進修，學成后再回來貢獻所學于研究工作上。在短短幾年間，該研究所通過誘變育種就選獲了優(yōu)異的水稻矮桿品系，為臺灣水稻的高產(chǎn)豐收打下良好基礎。

1973年，李先聞因身體健康欠差的原因退休，但仍退而不休地參與研究工作，時時保持聯(lián)系，并對同仁不斷地從旁鼓勵與督導。1976年7月，他因病逝世，享年75歲，至今臺灣中研院植物研究所（2005年5月，該所改名為植物暨微生物學研究所）內(nèi)仍有以他的名字命名的研究大樓（即“李先聞紀念館”）。

該所現(xiàn)任代所長為陳榮芳，共有29位研究人員，1位合聘研究員，5位通信研究員，擁有現(xiàn)代化的基礎研究設施和先進儀器設備。該所研究人員曾在水稻育種和基因組學領域做出具有里程碑意義的科學發(fā)現(xiàn)，包括通過組織培養(yǎng)病毒衛(wèi)星RNA和微生物晝夜節(jié)律的再生等。目前有兩大研究方向：具有潛在應用價值的植物發(fā)育、細胞、分子、基因組學和環(huán)境生物學研究；植物與微生物相互作用，重點是與病毒、細菌、真菌的相互作用。

重要成果

自上世紀90年代至21世紀初年，臺灣科技人員在生物科學領域取得重要研究成果包括：

植物分子與細胞生物學方面，在國際合作水稻基因組計劃中，臺灣科學家負責第五條染色體的測序與解讀，發(fā)現(xiàn)大約5000個堿基就有一個基因；分離與分析所有阿拉伯芥26S蛋白解體的次單元基因，研究其分子作用機制及其在植物體內(nèi)的生理功能及各次單元的交互作用情形；利用分子生物學方法，對花粉管生長必需的基因進行選殖及特性研究，發(fā)現(xiàn)低溫儲存導致百合花粉管萌發(fā)及生長速率顯著降低，此變化隨儲存時間增加而加深，低溫儲存導致全RNA逐漸降解，但消失的RNA會因花粉粒于體外培養(yǎng)2小時后而恢復；進行酵母菌及人類細胞研究，發(fā)現(xiàn)多種蛋白質(zhì)位于端粒，并參與控制端粒DNA長度及若干細胞代謝，染色體端粒DNA的長度變化與染色體的穩(wěn)定及基因組的完整有密切關系；從阿拉伯芥基因組分離一個端粒結(jié)合蛋白基因，此蛋白質(zhì)位于第五條染色體，且涵蓋的端粒DNA至少含5個GGTTTAG序列；由阿拉伯芥得到端粒蛋白的基因及相關cDNA，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)與DNA結(jié)合的專區(qū)及該蛋白質(zhì)和端粒DNA結(jié)合的可能方式；在線粒體中分離出70納米大小的個體，具有DNA復制與RNA轉(zhuǎn)錄的功能，脂質(zhì)含量、種類和傳統(tǒng)的線粒體相似，其單膜膜系所含的蛋白包含有線粒體內(nèi)膜及外膜的蛋白，推測此特殊膜系結(jié)構(gòu)為線粒體核仁，是發(fā)育為幼生線粒體的特殊結(jié)構(gòu)胞器。