沈善炯

沈善炯

沈善炯(1917.4.13-),江苏吴江人,微生物生物化学家、遗传学家。

1942年(民国三十一年)毕业西南联合大学生物系,1950年在美国加州理工学院生物系获博士学位,1952年加入九三学社,1980年当选为中国科学院院士。

沈善炯1953年开始从事抗生素的研究,主要承担研究金霉素和链霉素的生物合成,证明了鸟氨酸循环的作用,1955年他主持金霉素的生理研究和金霉素的生产工作,1963年他和学生在大肠杆菌中发现甲基乙二醛的合成酶,1964年他从霉菌中又发现能使木糖转变为木酮(tong)糖导构酶,为葡萄糖转化成果糖的工业生产开辟了道路,他对于核糖核酸在遗传中的作用、葡萄糖代谢的新途径的研究均处于世界领先水平,1974年起,主要研究自生固氮细菌的结构、表达和调控的一系列遗传学问题。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。


人物经历

1917年(民国六年)4月13日,沈善炯出生在江苏吴江屯村的一个农民家庭。

1924年(民国十三年),沈善炯入家乡私塾。

1925年(民国十四年),先后入泰来桥初级小学和同里高级小学。

1931年(民国二十年),父亲带沈善炯去县城投考吴江中学,结果被录取了。

1934(民国二十三年)年夏天,沈善炯从吴江中学初中毕业,转而考入江苏省立苏州农业学校。完成3年学业并以最好成绩毕业。

沈善炯

1937年(民国二十六年)8月,考入金陵大学农业专修科。同年,夏天沈善炯又转到广西大学农学院借读。

1939年(民国二十八年),他转入云南昆明的西南联合大学生物系。

1942年(民国三十一年),自西南联大毕业后,沈善炯入清华大学农业研究所随戴芳澜教授研究真菌。

1942年至1944年,沈在清华大学农业研究所研究古瓶菌。他的第一篇论文被推荐发表于1944年《美国植物学》杂志,该文纠正了前人对古瓶菌的错误描述,使他在科学研究领域初露锋芒。

1944年(民国三十三年)3月,他任华中大学生物系讲师。

1945年(民国三十四年),经张景钺介绍到四川北碚中央研究院植物研究所任助理研究员。

1946年(民国三十五年),沈善炯随张景钺到北京大学植物系工作,任研究助教。

1947年(民国三十六年),张景钺教授又推荐沈善炯赴美留学。在美国加州理工学院研究分子遗传学期间。

1950年6月,获得博士学位,经导师介绍去威斯康星大学生化系当博士后研究员。朝鲜战争爆发,他辞去威斯康星大学的聘约,于8月31日离美回国。11月回到祖国,经谈家桢和丁振麟教授的介绍入浙江大学医学院生化科任副教授。

1952年,转到中国科学院实验生物研究所植物生理研究室任副研究员。

1953年,植物生理研究室从实验生物研究所分出扩建为植物生理研究所,他任微生物生理组组长,从事抗生素的研究。开始抗生素生产的研究,主要研究金霉素的生产,包括菌种的选育和金霉素的发酵等。

1956年,升任研究员。

1958年至1959年,沈善炯应邀在前苏联医学科学院生化所任访问研究员。

1961年,上海微生物研究所又归并到植物生理研究所,他仍任副所长,先后协助罗宗洛、殷宏章两位所长负责学术工作。

1973年,沈善炯离开微生物研究所,调到植物生理研究所关于生物固氮的研究组工作。

1978年,加州理工学院在纪念T摩尔根(Morgan)建立生物系50周年所举行的“基因,细胞和行为”的学术会议上,特邀请他做关于固氮基因的报告。美国南加州华人工程师和科学家协会,根据他在微生物生化和生化遗传学研究上的成绩,授予他杰出成就奖。

1980年起,沈善炯先后任美国加州理工学院、纽约大学医学院微生物学系、哈佛大学医学院微生物和分子遗传系访问教授,波士顿生物医学研究所杰出访问科学家。

1984年,他又受上海交通大学邀请协助筹建生物科学与技术系,任荣誉教授。此后,沈先生担任了中国遗传学会副理事长、中国微生物学会理事、中国生化学会理事等职。

1988年,召开的第16届国际遗传学会上,沈善炯应邀做报告。

主要成就

科学研究

沈善炯早年从事抗生素和微生物生化的研究,发现金霉素在分解已糖时戊糖循环的运转与金霉素的合成有关,从而提出提高金霉素产量的理论;研究链霉素生物合成过程中,证明鸟氨酸循环的作用,精氨酸是链霉素分子链胍部分胍基的来源,发现这种精氨酸和链胍之间的转脒基反应受时态控制。研究糖代谢时,在大肠杆菌中发现甲基乙二醛合成酶,指出已糖可由3-磷酸二羧基丙酮经甲基乙二醛而形成乳糖的支路进行代谢;在链霉菌中发现D-木糖异构酶,有助于国际工业微生物界对葡萄糖异构酶的研究和应用。在研究肺炎克氏杆菌的固氮nif基因组的精细结构中,证实nif基因呈一簇排列,不存在所谓“静止区”。在nif基因的分析方面,他们与美国威斯康星大学W布里尔(Brill)教授的实验室合作,根据一个突变点nifC的位点以及它的互补现象,指出nifJ蛋白是由相同的两聚体组成。他们通过nifH上游区的核苷酸序列分析以及基因融合试验,最终确定nifJ的启动子其转录方向与nifF相同,但与其他nif基因相反。研究nif基因的调节方面沈善炯最早应用克隆技术,证明nifA蛋白对nif基因的调节作用,他们还就氧和温度等因素对nif基因的调节做了系统和较深入的分析。研究调节的分子机制方面沈善炯和来他实验室工作的博士后D欧(Ow)等采用结构基因nifH启动子区的定点突变,发现共同性顺序的某些核苷酸置换可以改变nifH启动子对nifA蛋白的依赖性为ntrC蛋白的依赖性。沈善炯还开展了植物分子遗传学的工作。他们选择研究大豆种子贮藏蛋白基因,其目的在于了解植物基因表达的组织专一性和时态控制。在研究大豆Gy4基因的结构和特性时,观察到一些有意义的现象,如在基因的外显子的多变区有类似可移动性因子的存在等。

20世纪70年代以来,研究细菌固氮基因的结构和调节。20世纪80年代开始,沈善炯的实验室开展根瘤菌共生固氮的遗传学工作。工作的重点在细菌和宿主植物间的相互作用的遗传学关系。他们发现苜蓿根瘤菌与宿主植物建立的共生固氮系统中,结瘤基因和共生固氮基因的顺序性表达。此外,沈善炯还开展了植物分子遗传学的工作。他们选择研究大豆种子贮藏蛋白基因,其目的在于了解植物基因表达的组织专一性和时态控制。在研究大豆Gy4基因的结构和特性时,观察到一些有意义的现象,如在基因的外显子的多变区有类似可移动性因子的存在等。

主要论著

1:San-Chiun Shen,A Form of Sporophlyctis Rostrata with Ciliated Spores,American Journal of Botany,1944(1):229~233.

2:Horowitz,NH,Shen,SC,Neurospora Tyrosinase,The Journal of Biological Chemistry,1952(197):513~520.

3:沈善炯、单慰曾、洪孟民、谢瑞宝、陈俊标、宋鸿遇、殷宏章,金霉菌的生理与金霉素的生产Ⅰ,接种培养基对于金霉菌的代谢和抗生素产量的影响,实验生物学报,1954,4(1):75~88。

4:沈善炯、袁丽蓉,铁离子抑制金霉素产量的原因和去除抑制的作用的研究,实验生物学报,1956,5(2):262~271。

5:陈善晃、金培松、童村、汪猷、殷宏章、沈善炯、单慰曾,有关金霉素试制的菌种选育、发酵及提炼的研究,科学能报,1956(1):73~74。

6:沈善炯、宋鸿遇、陈俊标、洪孟民、殷宏章,金霉菌的生理与金霉素的生产Ⅲ,磷酸盐对于金霉菌的糖的利用和金霉素合成的影响,实验生物学报,1956,5(2):249~261。

7:沈善炯、单慰曾,金霉菌的生理与金霉素的生产Ⅱ,金霉菌菌株间的混合培养和金霉素合成的研究,实验生物学报,1957,5(3):461~472。

8:Shen,SC,Chen,JP,Koo,TA,Pentose Metabolism and the Influence of Orthophosphate on the Paths of Sugar Degradation of Streptomyces Aureofaciens,Scientia Sinica,1958(8):733~745.

9:Chen,JP,Shen,SC,Mannose Isomerase of Xanthomonas Phaseali,Acta Biochimica Sinica,1958(1):173~179.

10:Hong,MM,Shen,SC,Braunstein,AE,Distribution of L-alanine Dehydrogenase and L-glutamate Dehydrogenase in BasilliBiochi et Biophys,Acta,1959(24):929~937.

11:沈善炯、洪孟民、蔡瑞珠、陈蕙珠,大肠杆菌Escherichia Coli抗链霉素特性转变因子的研究,生化学报,1960,3(1):1~8。

12:Shen,SC,Chen,JP,Hsu,ML,Wang,H,Evidence Regarding the Origin of Guanido-group of Streptidine During Streptomycin Synthesis,Acta Biochimica Et Biophysica Sinica 2,1962,(4):253~259.

13:王孙伦、沈善炯,链霉菌的烟酰胺核苷酸酶,生物化学和生物物理学报,1963,3(3):384~394。

14:Hsu,ML,Shen,SC,Repression and Induction of the Enzymes System of Acetolactone Synthesis in Bacillus Polymyxa,Acta Biochimica Et Biophysica Sinica,1964(4):314~321.

15:Hsu,TY,Shen,SC,D-xylose Isomerase of Streptomyces Griseus,Acta Biochimica et Biophysica Sinica,1964(4):342~350.

16:Wang,SL,Chen,JP,Shen,SC,NaD(P)Nucleosidase of Streptomyces Griseus,Scientia Sinica,1964(13):1221~1233.

17:Wang,SL,Chen,JP,Shen,SC,The Enzymic Conversion of 3-phosphoglyceraldehyde into Methylglyoxal,Scientia Sinica,1964(13):167~168.

18:Hsuch,CT,Chin,JC,Yu,YY,Chen,WC,Li,WC,Shen,MC,Chiang,CY,Shen,SC,Genetic Analysis of the Nitrogen Fixation System in Klebsiella Pneumoniae,Scientia Sinica,1977(20):807~817.

19:沈善炯,细胞核和其他细胞器遗传系统间的关系,科学通报,1977,22(1):17~25。

20:Shen,SC,Genetics of Bacterial Nitrogen Fixation from Genes,Cells and Behavior 50th Anniversary Symposium on the Founding of the Division of Biology,CalTech Edited by Norman Horowitz and Edward Hutchings Jr,1978,93~95.

21:Stacey,G,Zhu,JB,Shah,VK,Shen,SC,Brill,WJ,Intragenic Complementation by the nifJ-coded Protein of Klebsiella Pneumoniae,JBacteriology,1982(150):293~297.

22:Kong,QT,Wu,QLSyvaneu,M,Lin,ECC,Shen,SC,Effect of nifA Gene Product on Expression of lacZ under nifH Promoter in Escherichia Coli,Scientia Sinica,1982,25(10):1061~1070.

23:Shen,SC,Xue,ZT,Kong,QT,Wu,QL,An Open Reading Frame Upstream from the mifH Gene of Klebsiella Pneumoniae,Nucleic Acid Researches,1983(11):4241~4250.

24:Zhu,JB,Yu,GQ,Wang,LW,Shen,SS,Shen,SC,Effect of nifA product on Derepression of the nif Genes in Klebsiella Pneumoniae,Advances in Nitrogen Fixation Research,1984,752.

25:Ow,DW,Guo,Q,Xiong,Y,Shen,SC,Mutational Analysis of the Klebsiella Pneumoniae Nitrogenase Promoter:Sequences Essential for Positive Control by nifA and ntrC(glnG) Products,JBacteriol,1985(161):868~874.

26:Ow,DW,Guo,Q,Xiong,Y,Zhu,JB,Shen,SC,Regulation of Klebsiella Pneumoniae Nitrogen Fixation Gene Promoters by Regulatory Proteins ntrC,nifA and nifL,Nitrogen Fixation Research Progress,1985,461~467.

27:Kong,QT,Wu,QL,Ma,ZF,Shen,SC,Oxygen Sensitivity of nifA Promoter of Klebsiella Pneumoniae,JBacteriol,1986(166):353~356.

28:Zhu,JB,Li,ZG,Wang,LW,Shen,SS,Shen,SC ,Temperature Sensitivity of nifA Like Gene in Enterobacter Cloacae,JBacteriol,1986(166):357~359.

29:Xue,ZT,Xu,ML,Chuang,NL,Shen,W,Shen,SC,Two Expressed Copies of Glycine Gy4 Gene Subfamily in Wild Soybean Glycine Soya,Scientia Sinica,1987,30(12):1289~1297.

30:Shen,SC,Wang,SP,Yu,GQ,Zhu,JB,Expression of the Nodulation and Nitrogen Fixation Genes in Rhizobium Meliloti during Development,Genome,1989(31):354~360.

人才培养

沈善炯养了不少遗传学家,有的已成为国内有较高声望的学术带头人。

学术贡献

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。以后中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。

社会任职

1952年,任中国科学院上海植物生理研究所副所长。

1960年,任中国科学院上海微生物研究所研究员、副所长。

1962年,中国科学院上海微生物研究所并入上海植物生理研究所后任研究员、副所长。

获奖记录

所获奖项
?1999    被授予“何梁何利科学与技术进步奖”   (获奖)    ?1997    被授予“陈嘉庚奖生命科学奖”   (获奖)    ?1996    加州理工学院杰出校友奖   (获奖)    ?1981    获美国南加州中国工程师和科学家协会颁发杰出贡献奖   (获奖)    ?1981    获得中国科学院自然科学奖一等奖   (获奖)    ?1979    获中国科学院自然科学一等奖    (获奖)    ?1956    获得中国科学院自然科学奖一等奖   (获奖)    
荣誉称号
?1986    获美国波士顿生物医学研究所授予杰出访问科学家称号   (获奖)    

人物评价

沈善炯为祖国的科技事业倾注大量的心血,为推动中国科学技术进步所做出的重要贡献表示敬意。(中国科学院院长路甬祥评)对沈善炯先生在学术上取得的杰出成就以及他严谨治学、提携后辈的大师风范表示崇高的敬意。(中科院上海生命科学研究院院长裴钢院士评)

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