黑暗中的闪光

俄国在自然科学方面，可能是物理学曾最为辉煌。

俄国的生物学，也曾有巴甫洛夫等的工作。

但俄国生物学受李森科主义的巨大打击，说是致命的也未尝不可，至少迄今尚未恢复。

李森科主义是伪科学，借助当时的权力机构，摧残了苏联已有的生物学和遗传学。把孟德尔和摩尔根的遗传学称为资本主义，实际最后受到讥笑和惩罚的是苏联。

在时间上，分子生物学在世界兴起的时间，正好是李森科主义的后期。世界的科学风起云涌，苏联的生物学堕落到深渊（或其最低点）。

从1940年代迄今，苏联-俄国生物学罕见值得世界重视的研究工作，甚至可以说：在生命科学绝大部分领域，不仅它没有带领什么学科，而且它产生的东西，就是抹掉，也不影响世界的科学。

但是，在这漆黑一片的情况下，也有偶尔的闪光点。

例如，在视觉生物学，苏联在1980年代有两篇文章，非常好，从外界看来，有点像空穴来风，估计里面有我们外界不易知道的内情。

1983年，Ovchinnikov等用俄文发表论文，报道他们确定了视紫红质的全部氨基酸序列。这一工作，与美国的并驾齐驱（Hargrave et al., 1983是部分序列，1985也是全部序列）。

1985年Fesenko等在Nature发表论文，证明cGMP调控视杆细胞对光反应。这是我们读研究生期间，美国大学神经生理学普遍惊艳需要读一篇苏联的文章。

这两项工作，是视觉研究的重要工作。光作用于视网膜的细胞（如视杆细胞）后，直接的对象是视紫红质这一膜蛋白。确定其氨基酸序列是一项里程碑工作，实际比以后获得诺奖的嗅觉受体更重要（因为嗅觉受体的起步就是以类似视觉的感光蛋白为基础）。感光蛋白被激活后，细胞内是什么分子进一步介导其作用，而调控细胞膜的离子通道？当时莫衷一是。Fesenko的研究，得到了正确的结论。

Ovchinnikov Iu A, Abdulaev NG, Feigina M, Artamonov ID, Bogachuk AS (1983) Visual rhodopsin. III. Complete amino acid sequence and topography in a membrane. Bioorganicheskaia Khimiia 9:1331–1340.    

Fesenko EE, Kolesnikov SS and Lyubarsky AL (1985) Induction by cyclic GMP of cationic conductance in plasma membrane of retinal rod outer segment. Nature 313:310 –313.

Hargrave PA, McDowell JH, Sremiatkowski-Juszczak EC, Fong S-L, Kuhn H, Wang JK, Curtis DR, Mohana Rao JK, Argos P, and Feldmann RJ (1982). The carboxy terminal one-third of bovine rhodopsin: its structure and function. Vision Research 22:1429-1438.

Hargrave PA, McDowell JH, Curtis DR, Wang JK, Juszczak E, Fong SL, Rao JK, Argos P (1983) The structure of bovine rhodopsin. Biophysics of Structure and Mechanism 9:235–244.

2019年

以下节选自饶毅《生物学概念与途径》第十一章

11.7    色觉的分子基础

Wald研究过不同色觉的细胞，发现它们都用视黄醛，但所用的光蛋白不同。那么，如何找到人类对不同颜色反应的光蛋白？1980年代初期，Jeremy Nathans（1958-）在Stanford大学做研究生，导师为David Hogness。Hogness从1960年代末起研究果蝇发育的分子生物学，并不断推广果蝇分子生物学技术，但Nathans加入Hogness实验室的研究，是分析人类的色觉蛋白基因，而且坚持在果蝇实验室研究人的基因。

1982年已有牛视紫蛋白的部分氨基酸序列发表了。1983年美国的Hargrave和苏联的Ovchinnikov分析获得了牛视紫蛋白的全长氨基酸序列。

已知主管明暗的视紫蛋白后，怎么样才能拿到色觉的光蛋白呢?

1983年，Nathan与Hogness清晰地介绍了他们的策略。他们推测感色觉的光蛋白（我们这里姑且称为视锥光蛋白，因为应该是存在于视锥细胞中）与视紫蛋白有部分序列相似性，所以可以通过视紫蛋白找到视锥光蛋白。Nathans的研究用了四步。第一步，通过已知的牛视紫蛋白部分序列，找到其编码的cDNA而预测其全长蛋白质的氨基酸序列；第二步，用牛的视紫蛋白基因寻找人的视紫蛋白基因；第三步，用视紫蛋白基因寻找视锥光蛋白的基因；第四步，确定每个视锥光蛋白对应的颜色。

Nathans的第一步是用分子生物学技术，而Hargrave和Ovchinnikov是用生物化学方法。生物化学分离纯化貌似比较老，但到今天都很有用，有时还起不可替代的作用。掌握生物化学方法比较难，有了分子生物学以后，在有些方面可以替代一些（但非全部）生物化学的方法。比如，在得知部分氨基酸序列的情况下，制备DNA探针，筛选含全长基因的DNA文库而找到相应的全长基因。Nathans和Hogness依据Hargrave等（1982）报道的牛视紫蛋白部分序列，制备DNA探针，通过筛选获得编码视紫蛋白的cDNA，得以推测视紫蛋白全长氨基酸序列。

第二步，Nathans用牛视紫蛋白基因的序列设计探针，在人的cDNA文库中寻找人的视紫蛋白。假设牛视紫蛋白的一段序列是TAGTACTACTTGT，那么人的视紫蛋白相应这一段可能有些差别，但非百分之百相同。通过降低杂交对顺序相似程度的要求，用牛的视紫蛋白基因做探针来找人的视紫蛋白基因。Nathans称他用了自己的“种系发生细胞”制造人基因文库的DNA。Nathan和Hogness于1984年报道找到人的视紫蛋白基因，其氨基酸序列与牛的视紫蛋白相似性为93.4%。

第三步，用人的视紫蛋白基因DNA做探针，寻找视锥光蛋白的基因。这是基于推测视锥光蛋白也应该与视紫蛋白有一部分序列相似性。这样也是用人的视紫蛋白基因做探针，通过低保真度杂交，找到其他三个基因。Nathans等（1986）发现它们编码的基因相互有高度的相似性，而与视紫蛋白的相似性仅41%。

如何确定这三个基因相对应什么颜色？Nathan等在1986年的第二篇《科学》论文报道，根据色盲患者DNA片段异常和相应于Nathans获得的基因的分析，从而确定了基因与色觉的对应关系。这是人类遗传学与分子生物学相结合的成功范例。这一系列漂亮的工作为色觉分子研究的里程碑。