Barbara McClintock
Cold Spring Harbor > Khám phá các yếu tố kiểm soát

Mùa hè năm 1944 tại Phòng thí nghiệm Cold Spring Harbor, McClintock bắt đầu nghiên cứu một cách hệ thống về cơ chế hình thành các đặc điểm màu khảm ở hạt ngô và sự di truyền không ổn định các đặc điểm khảm này. Bà đã xác định được hai lô-cut di truyền trội và tương tác mới mà bà đặt tên là Dissociation (Ds, yếu tố phân ly) và Activator (Ac, yếu tố hoạt hóa). Bà phát hiện ra rằng Dissociation không chỉ tách rời hoặc làm đứt gãy nhiễm sắc thể, nó cũng có một loạt các hiệu ứng trên các gen lân cận khi Activator cũng có mặt, trong đó bao gồm một số đột biến ổn định trở lên không ổn định. Đầu năm 1948, bà đã có phát hiện ngạc nhiên rằng cả Dissociation và Activator đều có thể chuyển vị (transpose), hoặc thay đổi vị trí, trên nhiễm sắc thể.
Bà đã quan sát thấy hiệu ứng của sự chuyển vị của Ac và Ds bằng cách thay đổi các mô hình tạo màu trong hạt ngô qua các thế hệ được kiểm soát chéo, và mô tả mối quan hệ giữa hai lô-cut thông qua phân tích dữ liệu phức tạp thu được dưới kính hiển vi. Bà kết luận rằng Ac kiểm soát sự chuyển vị của Ds từ nhiễm sắc thể số 9, và sự di chuyển của Ds đi kèm với sự đứt gãy của nhiễm sắc thể. Khi Ds chuyển vị, gen kiểm soát protein aleurone sắc tố được giải phóng khỏi hiệu ứng ức chế từ Ds và gen này trở thành dạng hoạt động, dẫn đến khởi động tổng hợp sắc tố trong tế bào. Sự chuyển vị của Ds trong các gen khác nhau là ngẫu nhiên, ở một số thì chuyển vị còn một số thì không, kết quả tạo ra kiểu hình màu khảm ở hạt ngô. Kích thước đốm màu trên hạt được quy định bởi giai đoạn phát triển của hạt trong quá trình phân ly. McClintock cũng tìm thấy sự vận động của Ds được xác định bởi số lượng bản sao của Ac trong tế bào.
Vào khoảng những năm 1940, bà đã phát triển một lý thuyết cho rằng các yếu tố vận động này điều hòa gen bằng cách ức chế hoặc điều chỉnh sự hoạt động của chúng. Bà coi Dissociation và Activator như là "các đơn vị kiểm soát" - và sau đó là "các yếu tố kiểm soát" - để phân biệt chúng với gen. Bà nêu giả thuyết rằng điều hòa gen có thể giải thích cho bằng cách nào mà các sinh vật đa bào phức tạp sản sinh các tế bào từ cùng bộ gen giống nhau nhưng lại cho các tế bào có chức năng khác nhau. Khám phá của McClintock đã đặt ra thách thức cho Di truyền học đương thời, bởi vì theo học thuyết di truyền nhiễm sắc thể thời đó, thì bộ gen trên nhiễm sắc thể như là một tập hợp thông tin di truyền ổn định, mà các lô-cut gen trên đó được truyền cho con một cách "trật tự" dù có gen hoán vị. Năm 1948, bà đã công bố bài báo quan trọng về sự chuyển vị gen trên niên giám "Carnegie Yearbook 1947-1948"; sau đó đến năm 1950 là ý tưởng về Ac/Ds và điều hòa gen với nhan đề "The origin and behavior of mutable loci in maize" (Nguồn gốc và hoạt động của các lô-cut có thể biến đổi ở ngô) trên tờ PNAS Classic Article vốn là tiền thân tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences hiện nay. Hè năm 1951, bà thực hiện thuyết trình về nguồn gốc và hành vi của các lô-cut có thể đột biến ở ngô tại hội thảo hàng năm ở Phòng thí nghiệm Cold Spring Harbor, trình bày bài báo với cùng tên gọi. Bài báo tập trung sâu vào sự bất ổn định gây bởi Ds và Ac hoặc chỉ Ac trong bốn gene, cùng với xu hướng của những gen này đảo ngược theo cách không dự đoán được trở về kiểu dại. Bà cũng nhận ra một "họ" các transposon, mà không tương tác qua lại với nhau.
Nghiên cứu của bà về các yếu tố kiểm soát và điều hòa gen khi đó gặp khó khăn về mặt khái niệm và không được những người cùng thời bà hiểu hay chấp nhận ngay; bà đã mô tả sự tiếp nhận nghiên cứu của mình là "bối rối, thậm chí thù địch". Cho dù vậy, McClintock vẫn tiếp tục phát triển những ý tưởng của bà về các yếu tố kiểm soát. Bà công bố một bài báo trong tạp chí Genetics năm 1953, trong đó bà trình bày mọi dữ liệu thống kê của mình, và thực hiện một loạt các bài giảng tại nhiều đại học trong thập niên 1950 để diễn đạt về nghiên cứu của bà. Bà tiếp tục khảo sát vấn đề và nhận ra một yếu tố mới và gọi là Suppressor-mutator (Spm), mà mặc dù giống với Ac/Ds, lại hoạt động theo cách phức tạp hơn. Giống với Ac/Ds, một số phiên bản có thể chuyển vị chính bản thân chúng còn một số thì không; không giống với Ac/Ds ở chỗ, khi có mặt, nó hoàn toàn ức chế sự biểu hiện của các gen đột biến khi bình thường chúng không hoàn toàn bị ức chế. Do có những phản ứng của những nhà khoa học khác về nghiên cứu của mình, McClintock cảm thấy bà có nguy cơ đi chệch khỏi dòng nghiên cứu khoa học chính thời bấy giờ, và bắt đầu từ năm 1953 bà đã dừng mọi công bố nghiên cứu về các yếu tố kiểm soát.