施履吉

施履吉，细胞生物学家，遗传学家。早期在国外从事化学胚胎学、细胞化学研究，论证两栖类早期胚胎发育存在头尾和背腹两个梯度。回国后在高等动物遗传转化和染色体人工合成方面进行深入研究，首次建立了我国的家兔个体表达系统，对进行家畜育种和哺乳动物基因工程研究有重要意义。对创建中国现代生物学实验技术、仪器研制和培养人才等也作出了贡献。

基本资料

中文名：施履吉

国籍：中国

民族：汉族

出生地：江苏仪征

出生日期：1917

逝世日期：2010

职业：细胞生物学家，遗传学家

人物介绍

施履吉（1917~2010）男，细胞生物学家，江苏仪征人。1917年10月26日出生。1940年毕业于浙江大学，获浙江大学园艺系学士学位。1944年毕业于浙江省大学理产研究院，1951年获美国哥仑比亚大学动物系理学博士学位。1955年回国后，历任和兼任中科院实验生物学研究所、一物物理所、动物所、微生物研究所、遗传所、北京生物学实验中心副研究员、研究员，浙江大学、杭州大学、复旦大学教授等，后曾任中科院上海细胞生物学研究所研究员和复旦大学兼职教授。1980年被选为中科院院士（学部委员）。主要从事胚胎化学、分子生物学、染色体生物学方面的研究工作。早年曾用高精度、高灵敏度定量定位法为胚胎发育双梯度理论提供了可靠的证据。其是国际上最早发现细胞质内有DNA存在的科学家之一。50年代第一次建立了用卵作受体细胞的，为高等动物遗传转化打下基础；以微注射为引入方法所构成的系统，并发现注射到卵内的分离染色质能组装成细胞核样结构。近年来证实了核仁蛋白质参与中期染色体的组装；对染色体鞘蛋白的组分及着丝粒进行了系列分析研究，获得并克隆了着丝粒DNA。建立了小鼠着丝位DNA文库；1985年提出以动物个体尤其是哺乳类的乳腺作为生物工程发酵罐并与其合作者获得了转基因动物。先后在国内外发表论文共四十多篇。

技术成就

长久以来，在形态上观察到了两栖类的受精卵和早期胚胎存在头尾和背腹两个梯度，但在胚胎学界对其在生理上是否也存在两个梯度一直有争议。施履吉以背部内陷之前的原肠期胚胎为材料，经精确切割分成区域，并用灵敏度高的悬沉子测定仪测定各区域获得了头尾和背腹的呼吸梯度这一结果，得到了学术界的公认。在这一研究工作中，他同时也发现这两个梯度的形成主要不是由于活性细胞质的呼吸强度的差异。这期间，他还发现背唇对外胚层诱导时呼吸率也增高。在豹蛙和日本林蛙杂种中，外胚层的反应能力和背唇的诱导能力都有缺陷时，外胚层的一切区域里呼吸作用也受到抑制。

两栖类早期胚胎发育中有头尾和背腹两个梯度的确认，结束了化学胚胎学和实验胚胎学者间的长时间争论。这一观点多年来一直为多种胚胎学教科书、专著及有关论文所引用。

20世纪50年代初，许多证据说明基因物质就是DNA，DNA的分子结构已发表，每个基因组的DNA含量恒定性也被发现，细菌中用DNA进行遗传转化的研究工作已相当深入，人们认为遗传转化就是外源基因或DNA片段置换了宿主细胞相应的基因或DNA片段。然而基因组的DNA分子与染色体及染色体上的细胞器的关系尚不清楚。因为染色体与基因、细胞及个体都是密切相关的，施履吉以染色体为主线将遗传与发育联系起来，提出两个研究课题：高等动物染色体的人工合成和遗传转化。1955年，他回国后即着手筹备进行这两个课题的工作。

高等动物染色体的人工合成。染色体有三个基本特性：（1）自我复制；（2）染色体个性的保持；（3）子染色体精确地分配给两个子细胞。当时，自我复制的定位（DNA复制起始点的存在）尚属未知，但他已推测是基因固有的特性。关于染色体的个性，由于麦克林托克的研究已定位于染色体的末端（现称为端粒），而特性（3）则定位于着丝粒上。他设想在着丝粒和端粒的基础上构建染色体。因此，染色体的合成可归结为先分离着丝粒和端粒，以及把它们与DNA复制单位组装在一起。根据博维里对蛔虫的研究，生殖质和体质分离时染色体都断裂为许多小染色体，休斯日施拉德及里斯等用X射线切断具有分散着丝粒的染色体成小染色体后都可以复制，并被分配到子细胞中去。因此，他认为分离着丝粒是可行的，他设想先提取总染色质，然后研究剪切的染色质及其DNA，最后是组装的DNA注射到受精卵后的行为。他推断这样具有着丝粒的染色质片段在受精卵发育成胚胎时应能扩增，而其他不具有着丝粒的片段在细胞分裂过程中则会丢失。这样着丝粒片段会因胚胎发育而被富集后，再从胚胎中分离。

高等动物的遗传转化。他认为必须转化到受精卵，这样才能使胚胎所有细胞或大多数细胞都具有置换的基因，在表型上有所显示。为此，1957年，他一方面从苏联引入黑色和白色的美西螈；另一方面用黑斑蛙受精卵进行第一阶段的工作，用显微注射提纯的染色质和DNA，先找出一个对正常个体发育没有影响的DNA的注射量，然后再在这基础上进行正式的黑白美西螈的遗传转化研究，以避免因注射过量而导致异常甚至不能发育。1957～1958年，他注射同源染色质或DNA至蛙卵，发现超过一定量后会产生各种异常的胚胎，异常胚胎出现的比例随着注射量的增大而递增。他还注射提纯染色质到受精卵，发现前者可以在卵内组装成细胞核。

正当他用美西螈提取DNA进行深入的遗传转化，用蛙DNA作核组装，以及剪切染色质等进行着丝粒增殖研究时，由于“文化大革命”他的工作被迫中断。1957～1958年的工作，说明他是国际上第一个意识到用受精卵进行多细胞动物遗传转化的人，也是国际上第一个发现提纯染色质可以组装成细胞核的人。

1976年“文化大革命”结束后，他和他的合作者及学生恢复了高等动物染色体的人工合成和遗传转化的研究，并结合现代生物学的进展情况，对过去的设想作了修改，扩大了思路，增加了新的研究内容。将以上考虑归纳在一起，1981年他提出高等动物染色体遗传信息改造的研究计划，分两个部分：第一部分是高等动物染色体的人工合成，在中国科学院的支持下，“六五”期间开展第一阶段计划“着丝粒的结构与功能的研究”，在富集、分离、检测和鉴别着丝粒等方面作了深入研究，阐明了着丝粒结构与功能。“七五”期间开始进入第二阶段“真核染色体型载体的研究”，建立了富集着丝粒DNA的方法，利用富集着丝粒DNA含有着丝粒DNA进行了着丝粒DNA的克隆，建立着丝粒DNA文库及几种检测方法，并与陈常庆教授合作已将合成的小片段及连接小片段为较大片段的端粒DNA克隆到PUC18及PUC19中。这项工作仍在继续深入研究中。第二部分，关于高等动物的遗传转化，结合现在的动态和条件，将研究对象从两栖类转为哺乳类，建立了家兔个体表达系统。

1980年，国际上转基因小鼠试验成功。1983年，施履吉考虑转基因研究与生产实际相结合，修改了原先研究遗传转化的实验材料，改为探讨用高等哺乳动物个体代替生物反应器的可行性。1984年，他考虑到基因工程产品的成本很高，主要是生物反应器（即精密的发酵罐）投资很大。另外，生产基因工程产品中培养液的费用也相当大。因此，他提出把家畜看作一个发酵罐，以家畜的饲料代替价格昂贵的培养基，借此解决降低基因工程成本。这是国际上首次提出以家畜个体表达系统当做生物反应器。他提出这个设想后。1986年，在他的主持下，组织了中国科学院上海细胞生物学研究所、发育生物学研究所和江苏农学院、生物物理研究所、遗传学研究所等6个单位的科技人员，开始实施“哺乳动物个体表达系统的研究”。当时以转基因牛为对象，以兔为假母保存牛转基因受精卵。牛个体表达系统各关键工艺的环节大部已建成，但因经费不足而中断改为建立兔的个体表达系统。他考虑到转基因兔的应用，选用乙肝病毒表面抗原基因作为转化基因。

转基因动物的生产是复杂的工艺体系。首先，构建了含乙肝表面抗原基因的两种载体，通过显微注射导人供体兔受精卵雄性原核，然后将它移入受体兔（假母）的输卵管进入子宫发育，直至分娩出转基因兔。获得的转基因兔经分子杂交和免疫酶标方法测定，57%具有整合的乙肝表面抗原基因，32%的血液中有此抗原基因的表达产物。这些结果显示用转基因动物代替生物反应器，以降低遗传工程产品的生产成本的设想是完全可行的。从家兔的实验结果来看，转入的外源基因能遗传至子代以及能在子代中表达。在转乙肝病毒表面抗原基因兔的子代中73.3%含有整合到亲代的基因，15.4%有此基因的表达，表明利用转基因，能克服种间壁垒（对常规育种技术而言），培育出用常规育种方法所不能育出的新品种。这项科技成果，对家畜育种、哺乳动物基因工程等有重要意义，获1990年中国科学院科学技术进步一等奖。

大事年表

1917年10月26日生于江苏省仪征县。

1940年毕业于浙江大学园艺系，获学士学位。

1941～1942年在贵州乡政学院园艺系读研究生。

1946～1948年在美国哥伦比亚大学植物系读研究生。

1948～1951年在美国哥伦比亚大学动物系读研究生兼助教，获哲学博士学位。

1951～1952年任美国哥伦比亚大学动物系副研究员。

1953～1954年任美国哥伦比亚大学生物化学系研究员。

1955年6月回国。

1955年9月～1955年10月任中国科学院实验生物研究所副研究员。

1955年10月～1959年任中国科学院生物物理研究所副研究员兼室主任。

1959年～1963年任中国科学院生物实验中心负责人、研究员。

1973年～1978年任中国科学院遗传研究所研究员。

1978年～任中国科学院上海细胞生物学研究所研究员，兼任复旦大学教授，浙江大学教授、室主任，杭州大学教授。

主要论著

《家兔个体表达系统的建立》（《遗传学报》施履吉等）1993,20:122-134.

逝世报道

著名细胞生物学家、中国科学院院士，全国政协第五、六届委员，中国科学院前北京生物学实验中心创始人，中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所研究员施履吉因病医治无效，不幸于2010年12月14日12时06分在上海华东医院逝世，享年94岁。

施履吉教授是一位杰出的科学家，他热爱祖国，澹泊名利，学识渊博，远见卓识，耕耘不息，是我国细胞生物学事业的主要推动者之一。他力推科学前沿，提携青年才俊，辉煌的一生为科学事业，尤其为我国的生命科学事业做出了重大贡献。