Science Art：一面科学，一面艺术
美国遗传学学会的托马斯·亨特·摩根奖章授予在遗传学领域取得终身成就的GSA成员。2014年的获奖者是Frederick Ausubel，他40年的职业生涯主要集中在宿主-微生物相互作用和宿主先天免疫方面。他被广泛认为是一位关键科学家，负责利用简单的非脊椎动物宿主建立宿主-微生物相互作用的现代重组后DNA领域。他利用遗传学方法进行了开创性的工作，产生了六个相关的研究领域：
参与共生固氮的根瘤菌基因的进化和调控；
涉及组氨酸激酶的双组分调控系统对根瘤菌基因的调控；
拟南芥作为全球模式系统的建立；
植物抗病基因大家族的鉴定；
鉴定所谓的多宿主细菌病原体；
以及证明秀丽隐杆线虫具有进化上保守的先天免疫系统，该系统具有植物和哺乳动物免疫的共同特征。
我出生在1945年9月2日，二战正式结束，也是婴儿潮一代的第一天。对于未来的科学家来说，这是一个吉祥的时刻。我于1975年进入就业市场，当时人们对科学的兴趣和资助都在扩大，学术工作也相对丰富。
我从大学化学专业到分子生物学家和遗传学家的道路经历了许多曲折。偶然的遭遇和意外事件在塑造我的职业生涯中发挥了重要作用。20世纪60年代的政治和社会动荡也极大地影响了我的职业选择，心理上的不安也让我很难长时间专注于某个特定的项目或目标。虽然我不一定建议任何人追随我的职业道路，但我怀疑今天的旅程比50年前要危险得多，这在我看来反映了科学界精神的退化。
作为伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校化学专业的本科生，直到我参加了Sol Spiegelman关于噬菌体Qβ体外复制演示的研讨会，我才清楚大学毕业后要做什么。那时我决定要成为一名分子生物学家。1966年，作为麻省理工学院（MIT）的一名新研究生，加入Ethan Signer的实验室并不是一个艰难的决定。Ethan本人在英国剑桥MRC实验室与Sydney Brenner以及巴黎巴斯德研究所的Francois Jacob和Jacques Monod进行博士后培训后，于同年加入了麻省理工学院。
作为一名一年级研究生，我的第一个研究项目是获得当时缺乏的证据来证明lac阻遏物与DNA结合。Ethan计算出，如果阻遏物与λlac转导噬菌体的DNA结合并被包装到噬菌体头部，它将改变噬菌体的密度，刚好在氯化铯梯度上可以检测到。这个实验简单而优雅。在不存在异丙基β-d-1-硫代吡喃半乳糖苷（IPTG）的情况下生长的14C标记的lac转导噬菌体与用IPTG生长的3H标记噬菌体混合，反之亦然。（IPTG是一种稳定的合成乳糖模拟物，可以结合lac阻遏物，使其与DNA解离。）在相同的梯度中，14C-和3H标记的野生型λ作为梯度中的内部对照，其密度与lac转导噬菌体不同。不幸的是，我从未检测到3H和14C标记的λlac转导噬菌体之间的密度差异，这可能是因为在包装过程中阻遏物从DNA中被剥离。然而，这是对分子生物学背后的思想和实践的精彩介绍，并以一种非常有力的方式向我说明，相对简单的实验可以产生重要的新见解。
我的研究生时代，1966年至1972年，之所以引人注目，不仅是因为在分子生物学方面取得了开创性的发现，还因为越南战争和柬埔寨轰炸造成的政治和社会动荡。感觉就像我有两份全职工作，一方面在写博士论文，另一方面是一名政治活动家。我是麻省理工学院主要研究生反战组织科学行动协调委员会的通讯编辑，该委员会经常抨击麻省理工大学参与武器相关研究。我也是“科学为人民服务”组织的积极参与者，该组织的成立原则是，包括基因工程在内的科学应该造福穷人和被剥夺权利的人，而不是被用来造福军国主义和富裕阶层。
1971年和1972年，当我完成λ整合酶的博士研究时，Gunther Stent和Jim Watson等著名分子生物学家说分子生物学的黄金时代已经结束；他们建议研究生和博士后停止研究大肠杆菌及其噬菌体，并寻求在真核模型系统中开展工作的机会。虽然我的许多同学都相对容易地做出了改变，但对我来说，这似乎是一个复杂的选择。我对下一步该做什么犹豫不决。
1971年，我的导师伊森和耶鲁大学的亚瑟·高尔斯顿前往越南和中国。他们是1949年中华人民共和国成立以来第一批访问中国的美国科学家，在中国期间，他们有机会拜访了中国第一任总理、革命时期毛泽东的得力助手周恩来。伊森这次旅行回来后，热衷于做“为人民服务的科学”，尤其是农业科学。
伊森的中国之行激励我开始研究植物生物学，但由于我对植物一无所知，我不知道我会做什么。最终，我决定开始研究将细菌固氮基因转移到植物上,这样玉米、小麦和水稻等谷类作物就可以自己固氮,而不是依赖氮肥,氮肥需要大量的能源来制造,而且会污染环境。
我做出这一决定的部分原因是, Boris Magasanik隔壁实验室的几位博士后Stanley Streicher和Richard Goldberg正在研究肺炎克雷伯氏菌nif基因。肺炎克雷伯氏菌是大肠杆菌的近亲,但在厌氧条件下固定氮。重要的是要记住,在重组DNA克隆时代之前,我就经历了这个思维过程,而将固氮能力从原核生物转移到多细胞真核生物的方法尚不清楚。我决定，启动这样一个项目的最佳方式是尝试构建一种携带 K. pneumoniae 的nif 基因簇的 λ-转导噬菌体。
我开始考虑将植物相关科学作为一个潜在的未来领域，最终决定研究固氮，这是一种微生物过程，但对农业产量很重要。我决定构建一个λ样噬菌体，将肺炎克雷伯氏菌的固氮（nif）基因簇转移到植物细胞中，希望工程化一种固氮植物！在查阅文献寻找合适的植物宿主时，我发现了大量关于拟南芥的遗传研究，在我看来，拟南芥是植物界潜在的“果蝇”。尽管回想起来，将功能性细菌nif基因转移到植物上似乎天真得无可救药，但在这些预克隆时期，这被认为是一种前沿策略。
我安排了一个为期两年的博士后来研究nif基因项目。该计划是在莱斯特大学和诺丁汉大学度过第一年，分别与H.E.Street和Edward Cocking一起研究拟南芥组织培养细胞和原生质体。第二年，我将把组织培养和原生质体系统带到哈佛大学劳伦斯·博戈拉德的实验室，研究nif基因转移。这个计划进展不顺利。与细菌和噬菌体相比，使用拟南芥组织培养物和原生质体是非常乏味的，我感到非常沮丧。我不知道还有谁在努力开发拟南芥作为分子遗传分析的模型植物，我也看不到一条涉及拟南芥组织培养的明确职业道路。
然而，幸运的是，斯坦福大学的Stanley Cohen和旧金山加利福尼亚大学的Herb Boyer在我在英国时发明了克隆，我发现肺炎克雷伯菌可以很容易地用pSC101转化，pSC101是Cohen和Boyer的原始克隆载体。我意识到，我构建的固氮和限制性/修饰缺陷的菌株可用于克隆nif基因。幸运的是，我遇到了苏塞克斯大学固氮部门的Frank Cannon，他邀请我到他的实验室从事nif基因克隆项目。这一转变暂时结束了我与拟南芥的合作，近10年来我没有再从事这项工作。
1974年，当我搬到博戈拉德实验室时，我获得了美国国家科学基金会（NSF）的博士后奖学金，题为“将功能性固氮基因转移到植物中”。NSF申请的植物是拟南芥。1975年，我成为哈佛大学细胞与发育生物学系的助理教授，我的美国国家科学基金会奖学金转换为助学金。出乎意料的是，我在人民科学的前同事们对nif基因克隆项目提出了相当大的反对，他们希望我反对克隆。这让我很困惑，因为我决定将nif基因转移到植物中的主要驱动力之一是为了造福发展中国家和环境。无论如何，在1975年阿西洛马重组DNA会议和制定重组DNA工作指南后，该项目的工作基本上陷入了停滞。我使用了人类病原体肺炎克雷伯菌作为携带nif基因的重组质粒的潜在宿主。这在最初的指南中是严格禁止的，但重组DNA指南最终在几年后放宽，第一个nif基因于1977年被克隆（Cannon等人，1977）。
一方面，我之所以决定克隆nif基因，是因为我希望通过为发展中国家负担不起氮肥的农民提供积极的利益来“为人民做科学” ，同时我也希望造福环境。另一方面，我很清楚重组DNA技术在生物战中的许多不受欢迎的潜在应用，公司以牺牲普通人的利益为代价利用这项技术，以及人类基因工程带来的社会学危险。
在从化学转向分子生物学再到植物生物学的过程中，我只是按照自己的意愿开展了我认为在科学和社会方面都处于前沿的工作。当我开始寻求将nif基因转移到植物上时，没有明确的成功之路，整个冒险很容易被认为是鲁莽的。尽管如此，我还是获得了博士后奖学金（在萨尔瓦多·卢里亚的帮助下），并制定了一个有点不同寻常的计划来追求我的长期目标。在Cohen和Boyer之后，该项目的nif基因部分突然变得更加可行，但考虑到原核和真核基因结构的根本差异（这在随后几年才变得明显）以及肺炎克雷伯氏菌nif基因簇由17个基因组成的事实，将功能性nif基因转移到植物很可能无法实现。尽管如此，如上所述，我还是获得了美国国家科学基金会的资助来继续这个项目。事实上，NSF的提案排名很高。
随着固氮系统的复杂性成为人们关注的焦点，我淡化了后续的应用。但我怀疑，与我在20世纪70年代初写的博士后和NSF申请相比，今天是否会获得资助。我没有三个明确可实现的具体目标，它们相互关联但不相互依赖，也不涉及基因筛查。这些目标基于最少的初步数据，目前尚不清楚是否可以轻易克隆出功能完整的nif基因簇，也不清楚细菌基因是否可以在植物中表达。这些目标具有创新性，但具有高度的投机性和野心。
再次切换焦点
1977年，在阐明克雷伯氏菌nif基因是如何组织和调节的方面还有很多工作要做，但我并不满足于将实验室局限于这个复杂的项目。我在哈佛大学开始我的实验室后不久，我们就在进行几个不同的项目，包括（1）鉴定和克隆苜蓿固氮共生体苜蓿根瘤菌中的nif和结瘤相关基因；（2） 鉴定与结瘤有关的苜蓿基因；以及（3）开发矮牵牛作为转移nif基因的模型系统。在那些日子里，矮牵牛比拟南芥更适合组织培养。矮牵牛的研究被证明是一条死胡同，但我们能够证明nif基因在进化中是高度保守的（Ruvkun和Ausubel 1980）。我们成功开发了突变特定根瘤菌基因的技术（Ruvkun和Ausubel 1981），从而使我们能够研究根瘤菌nif基因的组织和调控（Ruvkun等人1982），并克隆根瘤菌nod基因（Long等人1982）。对nif基因调控的研究发现了双组分调控系统，该系统广泛分散在原核生物中，由环境传感器蛋白和激活基因表达的反应调节蛋白组成（Nixon等人，1986）。我们开始研究与根瘤发育和功能相关的豆类基因的调控（Dickstein等人，1988）。
1982年，我被重组DNA技术的先驱之一霍华德·古德曼招募到哈佛医学院新成立的遗传学系和马萨诸塞州总医院的分子生物学系。当时，我坚定地致力于研究宿主与微生物的相互作用，但由于无法轻松地对宿主基因进行遗传分析，我对研究豆类感到失望。1983年，我在戈登会议上听取了克里斯托弗·萨默维尔关于拟南芥光合作用相关突变体鉴定的演讲，这让我得出结论，现在是回到拟南芥的好时机。利用重组DNA技术构建物理遗传图谱的能力，现在可以使用染色体行走策略克隆仅通过表型鉴定的拟南芥基因。然而，由于拟南芥不是豆科植物，我们不能用它来研究共生固氮。因此，我逐渐将实验室的重点从植物共生体转移到植物病原体上。同样，我们研究了植物对病原体攻击的先天免疫反应，而不是植物对根瘤菌的结瘤反应。
这让我当场决定，我将开始将我的实验室从固氮基因和共生固氮的工作转向拟南芥。当我从戈登会议回来时,我向实验室宣布,我们现在将研究拟南芥,并将逐步淘汰共生固氮工作。我记得我在英国博士后期间保留了一些拟南芥Col-0 种子(放在螺旋盖、细菌刺琼脂瓶中)。尽管它们现在快10岁了,一直坐在室温下的书桌抽屉里,但种子还是发芽了,从而开启了我作为一名真正的植物生物学家的下一阶段科学生活。1984年的一个下午,实验室开会集思广益,讨论我们应该用拟南芥做什么实验。我们列出了一个清单,其中包括寻找用于遗传分析的内源性转座子,克隆端粒, 目的是像在酵母中那样制造人造染色体(52),弄清楚如何利用内源性和转基因报告基因。用于研究拟南芥基因调控和寻找拟南芥细菌病原体。大约在那个时候，几个新的博士后和研究生加入了实验室,包括Joanne Chory、 Neil Olszewski、 Eric Richards、 Daniel Voytas、 Eva Huala和RhondaFeinbaum (其中大多数如图 7所示)。这导致克隆了一个大型植物基因家族的创始成员，该家族赋予了对特定病原体菌株的抗性（Mindrinos等人，1994），并使用正向遗传分析来剖析植物免疫反应的成分（Glazebrook等人，1996）。这是首次使用正向遗传分析来研究高等真核生物的宿主免疫过程。
加州大学伯克利分校的Brian Staskawicz是一位经验丰富的植物病理学家,他是第一个克隆所谓的细菌无毒基因的人,该基因在宿主植物中激活了强烈的先天免疫反应(69) ,当我的实验室首次开发拟南芥发病机制项目时,他帮助指导了我的想法(20,26,85) 。我们的实验室后来进行了富有成效和友好的竞争,以克隆拟南芥抗性基因,该基因赋予对表达相应无毒基因的病原体的抗性(8,48)。这两篇论文以及BarbaraBakers实验室的一篇论文（83 篇）于同一天发表，是第一篇描述植物抗病基因核苷酸结合位点-富含亮氨酸重复序列(NBS-LRR）类的论文。后来, Jane Glazebrook进行了一项正向遗传筛选,以鉴定对丁香假单胞菌感染表现出增强易感性的拟南芥突变体,并鉴定出一系列所谓的eds突变体,这些突变体对应于拟南芥对病原体攻击的免疫反应的关键成分（32） ,包括参与水杨酸生物合成的基因（84) 。
Laurence Rahme在加州大学伯克利分校完成博士学位后，于1992年以博士后研究员的身份加入该实验室。在伯克利，她了解到实验表明，机会性人类病原体铜绿假单胞菌也可以感染植物。然而，目前尚不清楚同一铜绿假单胞菌菌株是否会感染植物和动物。她推断，在植物和动物中都具有传染性的铜绿假单胞菌菌株可用于鉴定独立于宿主的发病机制的关键特征。事实证明，许多铜绿假单胞菌菌株在拟南芥中具有传染性，Laurence选择了其中一种菌株UCBPP-PA14（PA14）进行进一步研究，该菌株在小鼠中也具有高度传染性（Rahme等人，1995）。当研究生Man Wah Tan证明PA14也能杀死秀丽隐杆线虫时，我们启动了一个旨在鉴定PA14毒力因子和线虫免疫基因的线虫项目（Tan等人，1999）。这是现在实验室的主要项目。
我不能经常深入研究特定项目的分子基础的原因之一是，我总是让我的博士后带着他们的项目。但我也恰好有点焦躁不安，对开始新项目比对完成旧项目更感兴趣。这一直对我很有帮助，直到最近，获得一笔赠款并不是一个问题，这笔赠款并不是前一笔赠款中项目的明显延伸。国家普通医学科学研究所的前遗传学研究部门对实验室开辟新研究领域的记录感到满意。我不必确定分子机制的潜在细节，因为我可以解释说，前博士后已经把这些项目带到了自己的实验室。当我提议将拟南芥的先天免疫反应的遗传分析扩展到秀丽隐杆线虫时，遗传学研究部分也很满意，并认为这两个项目可能是协同的。没有人质疑我是否“有资格”进行秀丽隐杆线虫研究，或者植物和线虫免疫研究是否与人类疾病有关，也没有人质疑在人工实验室测定中研究免疫反应的生物学相关性，该测定与拟南芥和秀丽隐杆虫在野外遇到病原体的生态位明显不同。
尽管我的许多前博士后已经根据拟南芥或秀丽隐杆线虫先天免疫的研究建立了自己的实验室，但这似乎变得越来越困难。美国国家科学基金会对拟南芥遗传资源的支持似乎存在疑问。在美国国立卫生研究院，鉴于我们识别和操纵与疾病相关的人类基因的能力迅速发展，人们经常对模型生物的相关性表示担忧。这不仅会让研究模式遗传生物的人感到不安，也会让科学界致力于基础科学重要性的每个人感到不适。
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