生命科学奖----陈嘉庚科学奖基金会

1997

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沈善炯　教授生命科学奖

1997年

　　沈善炯分子遗传学家。1917年4月13日生于江苏吴江。 1942 年国立西南联合大学毕业。 1947年美国加州理工学院生物系研究生，1950年获博士学位后回国，在浙江大学医学院任副教授。1952年起，历任中国科学院上海植物生理研究所副研究员、研究员、副所长，中国遗传学会副理事长等。1980年当选为中国科学院院士 ( 学部委员 )。

　　沈善炯1950年回国后，应国家医药工业的急需，改行致力于抗生素生产的研究，在金霉素生物合成和微生物生化等方面作出了重要成果。1974 年起开展分子遗传学研究，以自生固氮细菌为模式，研究固氮基因的结构与调节。他与合作者在十分困难的条件下，短期内即赶上国际水平，为中国固氮遗传学研究奠定了基础。他的实验室已成为国际上研究自生固氮遗传的著名实验室之一。1985年以后，他们的工作重点转入共生固氮的遗传学研究，以苜蓿根瘤菌为材料研究根瘤菌结瘤和固氮基因的调控问题。

　　一、研究克氏肺炎杆菌固氮 (nif) 基因组的精细结构，证明 nif 基因在染色体上呈一簇存在，无分隔区，由此纠正了国外的报道。根据nif 突变型的互补试验，确定至少有14个nif 基因存在，同时指出 nif J 的转录方向只与nif F 相同，而与其它 nif 操纵子均相反。

　　二、根据 nif C₁₀₀₅ 突变的研究，发证明属于 nif J 罕有的基因内部互补，从而确定nif J 蛋白将由二聚体组成。这项工作显示遗传学分析上的意义。

　　三、在研究 nif 基因调节方面，首先应用 nif 启动子-1ac 融合体，在大肠杆菌中建立测试模式，检测调节基因 nif A 对 nif 基因的反式(trans)作用，以后为各国相继应用。

　　四、系统地阐明 nif 基因受氧、铵和温度的调节均通过正调节基因 nif A的作用机理。在氧调节方面，提出双层次调节学说，即氧作为信号分子，经传递系统既作用于 nif A 的启动子又作用于 nif A 的翻译产物的理论。这个学说已被证实。在此理论的基础上与日本国立遗传研究所合作，对水稻根际固氮细菌进行遗传操作试验，获得成效。以后我国学者根据沈善炯等的设计方案改建nif A，使之整入土壤固氮细菌 nif 基因组，成功地使其不受土壤铵盐浓度的影响而固氮。

　　五、研究 nif 基因启动子的结构和调节特性，应用定位突变,指出nif H 启动子区保守性序列的碱基对置换足以使 nif 依赖型改变为 ntr C 依赖型。这是一项在理论与应用上均有重要意义的贡献，在1985年第6届国际固氮会议上应邀作大会报告。当时被誉为近几年来最有意义的成就之一。

　　六、在研究共生固氮方面,揭示根瘤和宿主植物在建立共生系统中基因的相级顺序性表达，即结瘤基因随着固氮基因的启动而受阻遏等规律。同时指出正调节基因 nif A 的产物既为固氮所必需，又为根瘤的发育所必需。这项工作应1988 年第16届国际遗传学会议邀请作大会专题报告。

　　七、对结瘤正调节基因 nod D₃ 进行系统研究，揭示 nod D₃由两个启动子分别控制，澄清了国际上对 nod D₃的混乱看法。从分子遗传学上提出 nod D₃是经 nod D₁重复突变而形成的证据。实验证明强化 nod D₃的表达，是增加有效根瘤数的途径。

　　沈善炯在固氮遗传研究工作中的成就为国际所公认。他的贡献不限于生物固氮，更重要的是他推动和发展了中国的分子遗传学。遗传学在中国曾受困扰达20多年，他和他的学生经艰苦奋斗，从研究固氮基因的结构与调节着手，首先开展了分子遗传学的研究。他在这方面的第一篇论文即受到国际科学家的瞩目。1978年加州理工学院在纪念摩尔根创立生物系50周年时，特邀他在《基因、细胞和行为》的学术会议上作关于细菌固氮基因的报告。

　　80年代初，沈善炯和他的学生又开展关于大豆储藏蛋白基因的研究，为我国开始研究高等植物分子遗传学的先驱。长期以来，他培养了不少遗传学家，有的已成为国内有较高声望的学术带头人。

沈善炯教授的主要学术论文、著作目录

Genetic analysis of the nitrogen fixation system in Klebsiella pneumoniae. Scientia Sinica,1977,20:807-817.(with Hsuch C.T.,Chin J.C.,Yu Y.Y.,Chen W.C., Li W.C.,Chiang C.Y.)　　
Genetics of Bacterial Nitrogen Fixation "Genes ,Cells and Behavior"50th Anniversary Symposium on the Founding of the Division of Biology. CakTech.Edited by Norman Horowirz and Edward Hutchings Jr.93.95.1978.　　
Intragenic complementation by the nif J-coded protein of Klebsiella pneumoniae.J. Bacteriology.1982,150:293-297.(with Stacey F.,Zhu J.B.,Shah V.K.,and Brill W.J.)
Effect of nif-A Gene product on expression of lac Z under nif-H promoter in Es-Cherichia coli.Scientia Scinica,1982,25(10):1061-1070.(with Kong Q.T.,Wu Q.L.,Syvaneu M.,Lin E.C.C.)
An open reading frame upstream from the nif-H gene of Klebsiella pneumoniae..Nu-cleic Acid Researches ,1983,11:4241-4250.(with Xue Z.T.,Kong Q.T.,and Wu Q.L.)
Effect of nif-A product on suppression of nif phenotype of Gln mutation and constitu-tive synthesis of nitrogenase in Klebsiella pneumoniae..Scientia Sinica,1983,26 (12):1258-1268.(with Zhu JB.,Yu G.,Wang L.W.,Shen S.s.)
Analysis of the Klebsiella pneumoniae. nitrogenase promoter : sequences essential for positive control by nif A and ntr C (glnG)products.J.Bacteriol.,1985,161:868-874.(Ow D.W.,Guo Q.,Xiong Y.)
Oxygen sensitivity of nif-A promoter of Klebsiella pneumoniae. J.Bacteriol.,1986, 166:353-356.(with Kong Q.T.,Wu Q.L.,Ma Z.F.)
Temperature sensitivity of nif A like gene in Enterobacter cloacae.J.Bacteriol., 1986,166:357-359.(with Zhu J.B,Li Z.G.,Wang L.W.,Shen S.S.)
Expression of the nodulation and nitrogen fixation genes in Rhizobium meliloti dur ing development genome.1989,31:354-360.(with Wang S. P ,Yu G.Q.,and Zhu J.B.)
Evidence that nodulation regulatory gene nod-D₃ of Rhizobium meliloti is transcribed from two separate promoters.Science in China (series B),1993,36(2):225 -236. (with Yu G.Q.,Zhu J.B.,Gu.J,Deng X.B.)
Further studies on structure of nod-D₃ gene in Rhizobium meliloti-analysis of 5' non-coding region of nod-D3 and its evolutionary implications.Science in China (Se- ries B),1994,37(8):975-983.(with Yu H.Q.,Zhu J.B. ,Gao Y.F.)
Stucture and oxygen sensitivity of nif LA promoter of Enterobacter cloaeae.Science in China (Series B),1995,38(1):60-66.(with Deng X.)
Inhibition of nodule development by multicopy promoters of Rhizobium meliloti nif/fix genes.Science in China (Series B),1995,38(9):1108-1116.(with Wu T.,Zhu J. B ,Yu G.0.)
Characterization of sequences downstream from transcrioptional start site of Rhizobium meliloti nif HDK promoter.Science in China (Series C),1996,26(2):l00- 106.(with Gao Y.F.,Wu T.,Zhu J.B.,Yu G.Q.)