范云六的主要科学技术成就

构建了中国第一个DNA体外重组质粒质粒是一种细菌细胞内独立存在于染色体之外的可进行自主复制的环状DNA分子。1972年美国斯坦福大学的Berg教授等人首次用限制性内切酶EcoRI切割病毒SV40DNA和λ噬菌体DNA，经过连接组成重组DNA分子，这是世界上第一个重组DNA分子。1973年，Cohen等进一步实现了细菌间性状的转移。他们将大肠杆菌（E.coli）的抗四环素（Tcr）质粒psc101和抗新霉素（Ner及抗磺胺（Sr）的质粒R6-3在体外用限制内切酶EcoRI切割，连接成新的重组质粒后转化大肠杆菌。在含四环素和新霉素的平板中选出了既抗四环素又抗新霉素的杂和重组菌落，表型为TcrNer，这标志着基因工程的诞生。基因工程的出现受到了人类的极大关注，其理论和实践意义都非常重大，它将为解决世界面临的能源、粮食、人口、资源以及环境污染等重大问题开辟新途径，并直接关系到医药、轻工、食品、农牧业等传统产品的改造和新产品的形成。从这个意义上说，如果没有质粒分子生物学的研究，基因工程也就失去了存在和发展的基础和可能。范云六是中国最早开展质粒分子生物学研究的科学家，是中国基因工程和农业基因工程的主要开创者。20世纪70年代初她开始基因工程的基础性工作——质粒分子生物学的研究，1976 年在国内第一个发表了质粒分子生物学方面的科研报告。1979 年，又在中国率先建成DNA体外重组质粒（即基因工程）。她将λ噬菌体DNA用限制性核酸内切酶HindIII切割，插入到质粒pBR322上的四环素抗性区，获得了表型为AprTcs的重组质粒。该工作发表在《遗传学报》1979年6卷3期上，这标志着基因工程在中国的诞生。由于她出色的工作，1979年应世界著名的基因工程创始人之一Cohen教授特约邀请，在国际细菌质粒大会上做报告。1980年，应中国遗传学奠基人之一谈家祯院士特约邀请，在复旦大学举办的全国基因工程讲习班上做了学术报告，对中国基因工程研究的启动与发展起到了积极的推动作用。成功转移目标基因，获得多种转基因植物传统育种技术对作物品种改良作出了重大贡献。但是常规育种由于所用的基因源仅限于种内和种间，遗传背景狭窄，难以实现远缘物种之间的基因交流和重组。基因工程育种即大大拓宽了基因源，从动物、植物、微生物中分离基因，可以在三者间相互转移，不但突破了种间隔离的天然屏障，而且可突破生物分类上的门、纲、目、科、属，实现基因的界间转移。范云六在从事基因工程的研究过程中针对中国农业生产上存在的问题，先后克隆了几个具有重要经济性状的目的基因：对苏云金芽孢杆菌两个亚种的δ-毒素基因（即Bt基因）进行了克隆、修饰、缺失和重组；在不改变氨基酸序列的前提下，按照植物基因密码子选择的偏向，人工改造了天然Bt基因的密码子；人工设计、合成并建构了在植物中能高效表达的蛋白酶抑制基因（即CpTI基因），此基因来源于植物，是一种与Bt基因杀虫机制不同的基因；人工设计和合成了在植物中能高效表达的昆虫特异性神经毒素基因（蝎毒基因），此基因与前两种基因的杀虫机理不同；人工设计、合成并构建了一种来自海洋生物鲎的广谱抗真菌病害的鲎素基因，该基因的产物对农业重要真菌病害如水稻稻瘟病、油菜菌核病、小麦赤霉病的病原菌有高效杀菌作用。在获得了上述目的基因的基础上，范云六广泛开展了植物遗传转化的研究，所涉及的植物包括：水稻、棉花、玉米、杨树、马铃薯、番茄、油菜等。她采用原生质体、农杆菌感染、花粉管导入的方法，在国内最早报道获得转Bt基因的水稻和棉花植株。用人工改造的Bt基因及CpTi基因经基因枪法转化水稻，已得到高抗二化螟、三化螟的水稻材料（经国际水稻研究所昆虫系鉴定），为中国的水稻抗虫育种展示了光明的前景。此项工作受到了国际同行和洛克菲勒基金会的重视，并应邀在1996年举行的东亚地区国际水稻生物技术大会上做学术报告。范云六在从事基因工程应用研究的同时，一直非常重视基础理论方面的研究，并为中国生物工程工作的应用和发展做了许多上游的基础性工作，包括：（1）首次报道了外源基因在人畜共患的小肠结肠炎病菌中的表达，为防治农畜病害提供了新途径；（2）首次定位了球形芽孢杆菌杀虫基因；（3）首次报道了水稻种子醇溶蛋白4a基因启动子的结构及其在转基因植物种子胚胎组织中特异性表达的功能，揭示该基因的表达受串联复合启动子调控；（4）首次发现在植物细胞中，哺乳动物基因转录调控因子Jun和Fos能激活水稻醇溶蛋白基因的启动子，并增强下游基因的表达。率先实现旨在提高和稳定抗虫遗传改良效果的多基因转化植物抗虫基因工程发展迅速，转Bt杀虫蛋白基因的植物已达10多种，转Bt基因的玉米和棉花已在美国等进入商品化阶段。然而Bt棉在美国和澳大利亚商业化应用的初期，均出现大面积防效降低的问题。另外，农业生产上经常发生因长期施用某一种生物杀虫剂或化学杀虫剂来防治害虫而导致效果下降的现象。范云六在从事抗虫基因工程开始，就注意到这些问题，并进行了有针对性的研究，在中国最早提出了用多种不同抗虫机制的基因转化植物，来延缓害虫对转基因植物产生抗性的策略，率先获得了含Bt基因-CpTI基因的双抗虫基因的转化植物。其中，转双基因烟草——‘抗虫931’新品系，在大田全生长期中可以不施农药，对烟青虫的防治率达90%以上，与使用农药的原品种相比，上等烟的比率提高10个百分点，具有显著的增产增值效应。转双基因烟草除了具有比转单基因烟草更高的杀虫活性外，还能显著延缓害虫对单一Bt基因产生抗性的周期。查新证明，转不同杀虫机制抗虫基因的新品系的培育成功，在国际上尚属首次。该工作的实际意义已超出烟草增产、增值的范围，对其它转基因作物如水稻、棉花的持久性抗虫育种也起到了借鉴和示范作用。1995年还与江苏省农业科学院合作，获得了转双基因的抗虫棉。创建中国农口第一个分子生物学研究机构基因工程在发展的初期，首先在医药领域取得了成功，但是在农业方面（主要是转基因植物）成功的例子还很少。1983年，范云六从美国回来不久预计到基因工程在农业上一定会有广阔的应用前景，同时在华中农业大学陈华癸院士的鼓励下将重点放在农业生物工程方面的研究，于是主动来到中国农业科学院并在农业部和中国农业科学院领导的支持下，创建了中国农口的第一个分子生物学研究机构——中国农业科学院生物技术研究中心，并作为主要负责人建起了农业部农作物分子及细胞生物学重点实验室。在农作物基因工程方面开展了一系列的研究工作，对农业生物工程的发展作出了重要贡献。范云六学风严谨、治学勤奋，已培养出博士18名，他们均活跃在国内外生物技术领域中，有的已在国际最高水平的学术刊物SCIENCE和NATURE上发表了研究论文，成为出色的高级研究人员，有的已成长为科技管理专家。此外，还为荷兰Wagenigen农业大学培养了进修生。