早期臺灣生物科學(xué)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(shè)有動物室、電腦室、生物資訊核心實驗室、核酸測序?qū)嶒炇摇⒒蛲蛔兪髣游锬Ｊ胶诵膶嶒炇?、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(shè)施，主要研究方向以細胞分子生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)及結(jié)構(gòu)生物學(xué)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(guān)系等進行基礎(chǔ)研究工作，希望借助遺傳工程新技術(shù)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(guān)系。

臺灣中研院基因研究中心成立于2003年1月，主要任務(wù)為研究基因組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué)，致力于尋找與確認人類疾病的目標(biāo)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(shù)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(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

該中心首任所長為著名科學(xué)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(shù)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(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)及醣體學(xué)結(jié)構(gòu)與功能等研究，以及開發(fā)新的技術(shù)及藥物，通過前瞻性、創(chuàng)新性、與可行性的跨領(lǐng)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(guān)鍵生物分子的功能及與疾病的關(guān)系；新技術(shù)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(shù)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(xué)生物學(xué)研究領(lǐng)域論文42篇，醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究領(lǐng)域論文87篇，物理與信息基因?qū)W研究領(lǐng)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(xué)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(yù)算給外界專家，共同推動一些尖端或任務(wù)導(dǎo)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(shè)動物研究所與植物研究所，當(dāng)時以高等植物分類學(xué)及藻類學(xué)為主要研究領(lǐng)域。1962年，臺當(dāng)局重新“復(fù)建”植物研究所，由著名農(nóng)學(xué)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(xué)著名遺傳學(xué)家R.A.艾默生，回國后從事人工引變與育種和細胞遺傳學(xué)與育種的關(guān)系，后到河南大學(xué)農(nóng)學(xué)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(xué)初次實驗水稻育種，他自己記錄當(dāng)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)了玉米不正常花粉發(fā)育的突變體，并對它進行了細胞學(xué)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(xué)校準(zhǔn)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(xué)分析，明確了染色體異常行為與花粉、胚珠敗育的關(guān)系。

1938年，李先聞應(yīng)四川農(nóng)業(yè)改進所之邀，擔(dān)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(zé)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(dāng)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(shè)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(xué)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(shè)8個研究室。其中的細胞遺傳學(xué)研究室是當(dāng)時國內(nèi)唯一的遺傳學(xué)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(guān)種屬的染色體與性狀之間關(guān)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(guān)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(dǎo)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(guān)于甘蔗的細胞遺傳學(xué)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(dǎo)。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(fēng)、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(dāng)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(dāng)人才，更談不上研究設(shè)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(xué)等研究機構(gòu)內(nèi)，并利用上述研究機構(gòu)的設(shè)備有計劃地開展研究工作。當(dāng)時最主要的研究工作是李先聞所領(lǐng)導(dǎo)的水稻細胞遺傳學(xué)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(xùn)著手，積極裝備實驗室，建立圖書資料室，重點強調(diào)學(xué)術(shù)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(shè)備的購置由當(dāng)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(lǐng)域也逐漸拓寬。有關(guān)研究人員的培訓(xùn)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(xué)者做有系統(tǒng)的教學(xué)或?qū)嶒灧椒ㄊ痉杜c培訓(xùn)，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(xué)成后再回來貢獻所學(xué)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(chǔ)。

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(dǎo)。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(xué)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(chǔ)研究設(shè)施和先進儀器設(shè)備。該所研究人員曾在水稻育種和基因組學(xué)領(lǐng)域做出具有里程碑意義的科學(xué)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(yīng)用價值的植物發(fā)育、細胞、分子、基因組學(xué)和環(huán)境生物學(xué)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(xué)領(lǐng)域取得重要研究成果包括：

植物分子與細胞生物學(xué)方面，在國際合作水稻基因組計劃中，臺灣科學(xué)家負責(zé)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(xué)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(dǎo)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(dǎo)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(fù)；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(guān)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(guān)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(fù)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。