译者的话

拉马克和李森科等认为生物体的器官“用进废退”，生物体这应环境的变化而发生相应的变化，寒冷使生物获得了抗寒性状，药物使细菌获得了抗药性性状等，这些获得的性状都能遗传下去。这种“获得性状遗传”的论点已在遗传学发展过程中被科学事实证明是错误的。这已是遗传学界的共识。可是，《重提获得性状遗传》一文的作者，把生物体在环境中获得了携带遗传信息的DNA质粒、噬菌体、细菌的基因组或其片段；自身基因的甲基化、糖基化的修饰：以及生物在进化过程中，宿主细胞获得作为叶绿体、线粒体的前体的原核生物，从而获得了以前没有的新的性状，都归之为“获得性状遗传”的新论据。事实上，这可说是一种概念的偷换。

从分子遗传学的事实看，中心法则表明遗传信息是从核酸单向地流向蛋白质；蛋白质所携带的信息的改变，既不会流向核酸，也不会自我复制。所以，蛋白质所表现出来的获得的性状是不遗传的。虽然，从进化观点看，当今生物体的任何性状都是在进化过程中获得的。否则，从最初的核酸分子又怎能演化成前生命物质、原始生命、低等生物直至包括人类自身在内的性状那么复杂的高等生物呢？问题的关键是这种性状的获得是通过核酸、通过基因组的进化而获得的，核酸或基因的变化，使蛋白质获得了新的性状。

因此，《重提获得性状遗传》一文作者的论点与论据实际上与传统的遗传学观点并无多大差别，但不知为什么要与拉马克、李森科的概念扯在一起。不知是否因为“获得性状遗传”的观点目前已极少知音，“物以稀为贵”，借此可引起人们的注意吧！

赵寿元

复旦大学遗传学研究所

现在可以用分子遗传学来理解出现在各种实验系统中的性状的获得的遗传变化

生物体由于环境引起的或获得的变化能否传递给后代？获得性状遗传如果真有此事，在进化中是否起重要作用？直到60年代时，这些是科学上和政治上争论的热门话题。在这场争论中，经典遗传学大获全胜。如果询问当今的生物学家，绝大多数都会说从来没有什么获得性状遗传。（从1962年以来出版的30本使用最普遍的大学遗传学教科书中，没有一本指出曾经发现过获得性状遗传的真实事例。）

与这种几乎普遍持怀疑的态度截然相反，我最近综述了近50年内有关的文献资料，描述了大量表现为获得性状遗传的实验系统。在大部分实验系统中，环境发生短暂的变化会使受处理的动物或细胞，全部或大部分出现某些特定的新性状；当把这些动物或细胞放回到原来环境中时，新性状仍持续存在。因此，新性状是遗传传递给它们的所有子代。这类行为显然有悖于预期的孟德尔式遗传的性状，但都符合获得性状的预期行为。

请注意，获得性状遗传的新定义着重在某一具体性状出现突然的、被诱导产生的和遗传的大量变化这一现象学。本文引用的例子表明产生这种现象有几种完全不同的机制。这些机制中的每一种都完全与现代分子遗传学相一致。

我描述的情况在自然科学界是很少遇到的：科学家们几乎完全一致认同的观点，却与大量可靠的实验证据相矛盾。在本文的后半部分中，我将说明这种例外的异常情况是如何发展的。简言之，由李森科事件引起的对质和辱骂，使人们对获得性状遗传的讨论缄口不语。李森科一伙为一方，许多西方遗传学家为另一方，都认为孟德尔式遗传与获得性状遗传是互不相容的遗传体系。在对获得性状遗传形成了一定的成见以后，才出现了理解各种获得性状遗传系统的机制所必需的分子生物学的革命性进展。如今可用基因表达和基因横向转移等分子遗传学过程来认识性状的获得性遗传变化。

本文通过简述某些有代表性的例子来介绍获得性状的遗传。对于获得性状遗传在进化中的作用，我将给予新的评价，并将缕述历史上关于获得性状遗传概念变化中的某些关键性事件。

一些原型系统的描述

迄今在不同系统中描述的性状的诱发遗传变化有三种基本原因：在核酸序列中不随同出现变化的基因表达的稳定化（细胞核外遗传）；DNA的组成成分如甲基化基因和糖基化基因的改变，但DNA序列没有任何伴随出现的变化（表细胞核遗传，epinucleic inhritance）；含有质粒、病毒或细菌等外源核酸的消除或增添（细胞核遗传）。这三种遗传模式最早是由Lederberg（1958）年加以区分的。

细胞核外遗传核外的获得性状遗传系统的例子包括枯草杆菌的无细胞壁状态的遗传A大肠杆菌乳糖操纵子诱导状态的保持，以及纤毛虫的细胞外壳的遗传。这三个例子中，表达性状可持续遗传下去的分子基础完全不同，尽管它们的细胞核或细胞质的遗传组成成分DNA序列都没有改变。

枯草杆菌的无细胞壁遗传取决于翻译后的基因产物：新生的细胞壁，与破坏细胞壁的一种酶——自溶素（autolysin）之间的稳定的平衡。在乳糖操纵子系统中，转录开关由细胞供应的少量诱导物一直保持着“开”的状态，早期诱导事件产生的透膜酶的活力使诱导物增多而到达细胞内诱导的水平。在细胞外壳遗传中，从移植的细胞碎片中释放出信息，修饰了连结细胞外壳和形态发生基因的反馈系统。

表细胞核遗传通过DNA甲基化基因或糖基化基因为介导的遗传，称为表细胞核遗传，许多真核系统中，DNA的CpG二核苷酸的胞嘧啶甲基化对转录调控似起重要作用。甲基化导致染色质局部构象的改变，从而改变基因接近调控蛋白，最常见的是甲基化可抑制基因表达，脱甲基化可使基因激活。在性细胞中，组织专一的基因几乎全是甲基化的，这些基因通常只在专一的表达组织中发生脱甲基化。

且不说种系细胞染色体的专一性再甲基化，及在分化组织中特定基因的脱甲基化，甲基化的型式是相当稳定地遗传的。据认为维持甲基化酶是保持这种遗传的因子，即在DNA复制时，在新生子链与模板链上甲基化位点相对应的位置上迅速地加上甲基基团。与在复制中的DNA的碱基序列的遗传相类似，DNA甲基化的遗传同样也是由一种酶介导的互补作用来指导的。

细胞核遗传眼虫和果蝇均可因化学或物理的诱导大量消除含有核酸的因子，从而引起遗传性的变化。这些核酸因子包括双链DNA和RNA，以及单链RNA，其大小从细菌的核酸一直到小的病毒的核酸。有些因子是在细胞核内，有些则在细胞质内。所有这些可遗传并易受选择消除的核酸因子，一定是宿主生物体在进化早期获得的。

核酸因子的获得可看作是选择消除作用的逆转。已知有些情况下，获得了核酸负载的基因分子库后几乎是百分之百有效的；如获得的是质粒——细菌常有的一种小的环状DNA分子。

大量获得特定的核酸因子的例子，显然符合于我们作出的获得性状遗传的操作定义。获得性状遗传的定义也许应扩展到包括所有获得外源核酸的例子，不管这种获得是经常发生的实验控制的事件，还是从分子研究推论出是罕见的天然发生的事件。例如，宿主细胞获得了线粒体的前体原生生物，这也得发生在10亿年前，也可看作是获得性状遗传并对当今的生物景观起重大作用。

在进化和进化跃变中获得的性状

在达尔文之前，进化思想是受拉马克的观点统治的，即在环境变化的影响下，遗传特性发生适应性改变。在实验验证的变化中，只有一些变化是适应性的。例如，青霉素诱发的L型细菌比正常细菌更能抗青霉素。用叠氮化合物消除酵母的线粒体，这些酵母对叠氮化合物不再敏感。含有来自某种感染因子的质粒的细菌，对同一种感染因子的进一步感染产生免疫力。链霉素介导的眼虫叶绿体韵丢失，可作为非适应性诱发变化的一个例子。同样地，用溶菌酶、自溶素或青霉素除去细菌的细胞壁，可在低渗培养基中引起大量细菌裂解。因此，细胞壁的丢失可以是适应性的，也可以是突变性的，这取决于发生时的环境。

因此，获得性状类似于随机突变，有些是适应性的，有些则不是。获得性状同突变一样也受到自然选择，可是，作为一种类型，获得性状又不同于通常的DNA改变的类型如点突变、缺失、重复或重排。获得了完整的外源基因分子库如质粒、噬菌体、逆转录病毒或细菌等，更有可能导致重大的进化进展——一种跃变，或一种突变跃进式的进化，不大像由单基因通常发生的随机突变（在转移后，基因分子库通常受到抑制。一个基因分子库全部或部分地受到控制，可在受体基因组中迅速出现或延迟几代后才出现）。

古代的跃变例子是前寒武纪时宿主细胞获得了线粒体和叶绿体的原核生物前体。同时期的例子是各种格兰氏阳性和格兰氏阴性菌获得质粒。质粒赋予各种抗生素的抗性和易变的接合能力。这些例子表明，从无亲缘关系的物种或从环境中横向地获得外源核酸因子，以及根据约翰逊（1911年）经典定义的传统遗传学纵向遗传（上下代都相同的基因），两者之间可划定明确的界线。

由细胞核外机制支配的获得性状遗传系统也提示了跃变式进化事件的例子。其中之一是曾描述过的纤毛虫（Pleurotrichea lanceolata）双体二侧对称的外形。一种部分的表细胞核遗传系统——限制/修饰系统——有助于促进物种的彼此隔离，在细菌的进化中可能起重要作用（带有一种特定的修饰酶基因，如修饰甲基化酶基因的细菌的全部DNA，都是以这种酶修饰的甲基基团为唯一标记，从而保护DNA不受同时存在的限制性内切酶的切割。任何一种进入细胞内的外源DNA，都被这种限制性内切酶识别为非我而加以破坏。带有限制/修饰系统的细菌与外源DNA之间遗传上的相互作用，可由此而到防止）。

有关获得性状遗传观点的历史

从本文所定的获得性状遗传的明确概念，以及对可产生这种遗传的各种分子机制的了解，获得性状遗传和孟德尔式遗传可在分子生物学的共同天地里和谐地共处。这种感觉是在长时期的迷惑不解、错误构想和剧烈争辩后出现的。我将简要地勾划这一段很长的历史，概括一些要点而略去其细节、分歧和纠葛。

获得性状可以传给后代的观点可以一直追溯到古代的民间传说。例如，为什么雅典人的屁股精瘦少肉？传说中的雅典人的祖先Thesews（杀死牛头人身怪物的希腊神话中的英雄）擅自闯入阴曹地府意图抢劫。作为惩罚，让他生根般地一直坐在一块岩石上。后来，Hercules（希腊神话中的大力神）来解救他，但他屁股上的一大块肉被削下来粘在岩石上。Theseus把这个缺陷遗传给了他的后代，所以雅典人是臀上少肉。

早期形成的获得性状遗传的概念是在希波克拉底（Hippocrates）学派医生的著作中发现的（公元前5世纪），书中描述了传说中的大脑袋人的长期习俗是把婴儿的脑袋捆绑使成为长脑袋。早期的医生相信经过一段长时期后，就像秃顶和蓝眼一样，长脑袋不再需要捆绑就可变成遗传了。可是，Hippocrates学派的医生认为当大脑袋人废止了头颅骨畸形的习俗后，长脑袋的性状也就消失。获得的性状——获得的任何一种性状又怎样被认为是遗传的呢？身体的各个部分，包括健康的和像长脑袋那样获得的“有病的”部分，都参与精液的组成，精液进而决定新的个体。

Hippocrates学派的遗传学说被亚里士多德（Aristotle，公元前第4世纪）彻底推翻了，例如，亚里士多德指出，像肤色等性状并不总是在下一代表现出来，但被掩藏着，而在第二代中重新出现。他也指出，当父亲刚有儿子时并不出现的性状如白发，以后都可在父亲和儿子身上出现。亚里士多德接近于说明在20世纪才观察到的精子携带着决定新个体的信息蓝图（不是像Hippocrates学派认为的器官、性状和获得特征的雏形的一种装配）：“为什么不直截了当地认为精'液形成了血和肉，而不是精液本身就是血和肉。”（亚里士多德公元前347~335年）

尽管亚里士多德已作了批判，但获得性状遗传的信念仍持续了2000年，被18世纪和19世纪初期的生物学家普遍接受。其中最值得提到的是拉马克（Jean-Baptistede Lamarck）0这位法国进化学家认为复杂生物体是简单生物体在长时期内不断地适应变化了的环境而逐渐进化而来的。动物器官的使用与不使用会影响到这一器官在动物后代中的发育。（因此，拉马克认为长颈鹿的长颈一代又一代地发育和遗传下去，颈项变得越来越长，使长颈鹿能吃到更高枝条上的树叶。）

拉马克解释生物的适应能力是由于动物要求（besoin）对环境提出的挑战作出反应。拉马克发展了一种观点：获得的特性一般都是适应的，而且获得的适应性变化是推动进化的主要因素。可是他并未能阐明生理上的适应是怎样变得在遗传上固定下来。

达尔文对进化中如何出现适应的解释与拉马克完全不同，可概括为“适者生存”。但达尔文也像拉马克一样相信获得性状遗传。而且他还认为获得的特性部分地造成了观察到的物种变异性。根据泛生论的观念，达尔文提出了推测性的遗传学说，即代表身体每一部分、每一器官的微小的、看不见的拷贝（胚芽）存在于所有的细胞内，胚芽的数目和类型対组织中的环境条件作出反应而发生变化。包括已发生了获得性改变的胚芽在内的所有胚芽，都随血流进入性器官，在那里装配成配子。受精后，在发育期间来自父亲和母亲的胚芽流出来分别组合成组织和器官。

19世纪大部分时间内，获得性状遗传的观点仍为大家所认可。18世纪60年代孟德尔的实验并未影响到对这一观点的接受。因为直到1900年以前，孟德尔的工作仍无人知晓。可是，在18世纪80年代魏斯曼（August Weismann）开始对获得性状遗传提出了一系列质疑。

魏斯曼明确地划分体质和种质。他认识到遗传的连续性是通过从体质中分离出来的配子的而保持在种系中。组织获得的性状修饰，看来不可能影响种系中携带的遗传信息。（这种论据在植物中很少争论，因为植物普遍存在无性繁殖）。

为了证实获得性状遗传的观点是错误的，魏斯曼做了一项很有影响的实验。他连续五代切去小鼠的尾巴，以创造和强化获得的无尾性状。但即使五代以后，所有901只小鼠子代的尾巴都是完好正常的。

在魏斯曼之后，人们逐渐了解遗传的机制。一些重大的里程碑事件有孟德尔实验的重新发现，德弗里斯（Hugo te Vries）等发展的突变概念，孟德尔的遗传学说与细胞学观察到的染色体之间的联系（塞顿，W · Sutton，约1902），以及摩尔根（T. H. Morgan）用果蝇作为主要的遗传学实验材料（1910）等。获得性状遗传概念不符合果蝇遗传学，这是1940年以前遗传学研究的主线。引用摩尔根（1932）的话：“花费这么多时间去批驳投合大家心意的原理多少有点令人感到沮丧。有时候好像人人都相信获得性状的遗传……但这是科学摧毁有害迷信的一个组成部分。”

在迅猛发展的微生物遗传学（大部分是单细胞遗传学）领域中，获得性状的争论并未解决；很明显：在微生物系统中任何一种遗传的获得性改变都不属于种系，但能由暴露在环境压力下的同一个细胞所传递。受到噬菌体攻击的细菌培养物，能迅速地变成抗噬菌体。这是由于噬菌体诱发了大量遗传改变，还是由于极少数抗性突变型繁殖而在细菌培养中过量生长的结果？这是卢里亚（Luria）和德勃罗克（Delbruck）1943年提出的问题，对此已有明确无误的答案：细菌培养物是抗噬菌体突变型大量生长的结果，这些突变型在加入噬菌体之前就早已存在了。

农学家李森科（T · D · Lysenko）于20世纪30年代在苏联的权势日益上升，他重新提出了获得性状遗传的讨论。李森利允诺能比传统植物遗传学家更快地提高谷物产量而获得斯大林的支持。他声称用冷处理（春化法）可将冬小麦转化成春小麦，已证明春化法是一次代价高昂的失败。1936年后，在700万公顷土地上种下了春化处理的种子，春化法无声无息地被彻底抛弃了。

李森科极力讨好斯大林，主张把辩证唯物主义应用于遗传学：即所有的物质都处在不断变化的状态，因此不可能有独立于环境的稳定的遗传性状。他断言，基因是不存在的，在苏联是‘人定胜天’。

苏联的著名的孟德尔遗传学家瓦维洛夫（N · I · Vavilov）称李森科的“新遗传学”是一场“中世纪蒙昧主义的大爆发。”瓦维洛夫及其它许多位苏联遗传学家为反对李森科而牺牲了生命。李森科的权势完全建立在政治阴谋的基础上，他指责和威胁科学上的反对者是“阶级敌人”，“资产阶级的”遗传学和遗传学家。在李森科统治的34年内，他及其追随着从来没有提出过可信的实验证据的支持他们所说的环境诱发的遗传变化。

苏联遗传学的完全政治化走西方引起了震动和作出了政治上的反应。这种反应反映在美国生物科学研究所管理委员会（The Governing Board of the American Institute of Biological Science）发表的下述声明中：“李森科及其小集团有关高等生物中适应性反应的遗传的结论，没有科学事实的支持。遗传学研究明确无误地支持基因是个实体，以及孟德尔定律的有效性。遗传学研究不支持共产党官方声称的孟德尔式遗传是一种谬想。”

获得性状遗传被摒弃和复苏

李森科事件，以及在此之前的魏斯曼确立的种系概念，基因突变的实验验证，摩尔根实验室详尽地研究果蝇遗传学，以及卢里亚-德勃罗克实验等，都使20世纪50年代的西方遗传学家几乎全盘否定获得性状遗传的概念。回顾获得性状遗传观点的过早夭折，人们会注意到在选择实验材料上，孟德尔遗传学家比获得性状遗传创导者要高明得多，倘若魏斯曼选择把纤毛虫Oxytricha的双体切成两半，而不是连续几代斩断小鼠尾巴，那么一代就足以出现遗传的改变。倘若李森科对眼虫、草屐虫或二氧化碳敏感型果蝇加温，他将能证明环境可诱发遗传性改变，这是他在所有的春化试验中得不到的。倘若卢里亚和德勃罗用λ噬菌体而不是用烈性噬菌体TI作彷徨试验（fructuaction test），他们将会发现受感染的大肠杆菌大部份都将因事先接触了λ噬菌体而获得了抗性（实际上是由溶原性引起的免疫性）。［最近凯恩斯等（Carins，1988）和霍尔（Hall，1991）的实验，对卢里亚和德勃罗克的结论提出了另一个挑战：这些作者描述的实验揭示了培养基中含有某些物质会大大增加适应这类物质的突变，迄今还没有确定一种适应-突变-增强的机制］。

突尼茨（Ternitz，1912）发现热诱导可消除眼虫的叶绿体后，开始了对许多种获得性状遗传系统的探索。当时对其机制是毫无所知，这些是超前的发现，因此没有被大多数科学界权威人士所了解从而被忽视了。了解获得性状遗传系统所必需的分子遗传学的概念和实验是在1945年后才出现巨大的进展。因此，了解基因转录和转录控制的机制（60年代内发展的），对认识细胞核外获得性状遗传系统的机制是十分关键的。同时，确定线粒体、叶绿体、质粒和温和噬菌体作为自我复制的含核酸的遗传因子今就（始于50年代中期），对认识细胞核获得性状遗传系统的机制是必要的。探究DNA甲基化和糖基化——认识表细胞遗传所需——是在60年代后期才进行的。

单细胞系统的研究也表明核外性状和表核性状可被诱发，并在单细胞中稳定地遗传。但迄我所知，只有在核系统中的改变才能通过种系而遗传。

很明显，我称之为获得性状遗传的现象与希波克拉底、拉马克和李森科所持的环境诱发遗传性改变的概念是极其相同：的；如果说有什么不同之处，那就是有些经简单处理而引起性状的持久变化，比历史上获得性状遗传观点的创导者所观察到的出现得更突然、更普遍和更持久。当然，我们现在所知道的造成遗传性获得改变的机制与他们的观念世界是大相径庭的。深入—步的决定性的区别在于当今认识到获得性状遗传并非像喜波克拉底、拉马克和李森科所认为的是普遍适用的遗传机制，而仅仅是分子遗传学的许多方面中的一个方面。

尽管其范围很有限，但重新评价获得性状遗传这一主题已对遗传和进化中一些重要课题提供新的前景。它强调这样一种看法；在性状的遗传传递与DNA或RNA之间的关系也许是十分间接的，（例如，L型枯草杆菌可遗传的无细胞壁性状，是由于细胞代谢的产物——细胞壁，被翻译后的基因产物——自溶素破坏的结果），外源核酸因子的获得——横向遗传不仅是新性状获得的主要机制，而且是从细菌到哺乳动物有组织的、整合的遗传信息的重要来源，已有令人信服的证据表明，外源基因分子库的获得造成了进化中的跃进。

获得性遗传变化和分子

获得性状遗传和分化在概念上是相关连的。在组织分化过程中，新性状的突然出现以及随后在器官生长过程中这些性状克隆化地传递，都类似于新性状被大量诱发和随之遗传下去，特别类似于核外系统和表核系统。

当然，分化与获得性状遗传系统的区别在于引发发育变化的控制作用（如基因激活）是高度专一的，受基因控制的，在生物体的体内环境中发挥作用而随生物体死亡而终止。与其相反，在获得性状遗传系统中诱发变化的环境事件是不受内在控制的，改变了的特性被增殖而传给后代。尽管有这些区别，研究获得性状遗传和研究分化都在不断地弄清一些问题：生物系统中的变化中怎样被引发的？遗传的稳定性义是如何达到的？'

未来的获得性状遗传研究

本文综述了已知的获得性状遗传系统的不同机制。当将来发现新的含核酸因子、新的基因横向转移模式、另一些DNA的可能遗传的结构修饰（如组蛋白-DNA相互作用，超螺旋化、DNA浓缩物核小体间隔），以及新的外来的（exotic）遗传系统的探索（如PrPsc原粒——prion。一种传染性蛋白质，是引起致命的神经退化症的致病因子，它能把宿主的正常基因产物PrPc通过一种还不清楚的翻译后加工转变成传染性的PrPc异构物。第二个例子是枯草杆菌的细胞或原生质体融合后，两个基因组之一的表达将受到遗传的、但不是不可逆的抑制，也许是二个类核之一浓缩的缘故）等，还可能找到获得性状遗传系统的另外一些例子。最有名的获得性状遗传系统主要来自重要的遗传学研究对象——小鼠、果蝇、大肠杆菌和草履虫。将来的研究将会发现的许多种另外的获得性状遗传系统，预期会来自上述生物以外的生物世界。

附 记

在李森科之前，很早就有人提出春化作用可诱发早期开花。对这种说法的证实或驳斥，都由于使用时没有对照以及因李森科的煽动而使大家不再搞春化法而显得含糊不清。最近有些试验（澳大利亚堪培拉植物工厂CSIRO部的W · J · Peacock，在1993年8月英国伯明翰举行的第17届国际遗传学大会上作报告）已表明春化作用是能够成功的，而且这是一种表细胞核过程，冷处理（或用与叠氮胞苷处理）种子或根的一部分的效应，可通过有丝分裂细胞系而遗传传递给从处理的种子或根部生出来的植株，而且这种效应在生长和分化的整个时期内发挥作用。可是，这种效应不通过种系传递，春化作用是由一部分DNA脱甲基化介导的，冷处理和叠氮胞苷处理都可引发DNA脱甲基化。

[Bio Science 43卷10期696~705页：1993年11月号]