Inició sus estudios en botánica licenciándose en 1923. Realizó un doctorado en genética entre 1925 y 1927.
Poco después, ella misma reunió un grupo que se centraba en el estudio de un nuevo campo: la citogenética, enfocada principalmente en el maíz. En este grupo trataron de desarrollar formas de visualización y caracterización de los cromosomas de dicho cereal. Sus avances fueron tan importantes que posteriormente aparecieron en la gran mayoría de libros relacionados con la materia. Utilizó una nueva técnica de carmín para la visualización de los cromosomas del maíz y mostró por primera vez la morfología de los 10 cromosomas del cereal.
En la década de 1930, McClintock fue la primera en descubrir el proceso de entrecruzamiento cromosómico entre cromosomas homólogos durante la meiosis.
Además, en 1936 descubrió que en algunas células del endosperma de ciertas plantas se podía producir la rotura y posterior recombinación de sus cromosomas de forma espontánea, lo que supondría una gran fuente de mutaciones. Este proceso es, hoy en día, de gran interés en la investigación sobre el cáncer.
Las continuas exclusiones de reuniones, entre otros actos discriminativos, hizo que McClintock buscara otros lugares donde desarrollar sus investigaciones.
Bárbara McClintock recibió el Nobel de Fisiología/Medicina en 1983, siendo la única mujer que lo ha recibido sin compartirlo con otro científico.
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