*史努比*說~＊人類的基因知多少...＊
基因一詞來自希臘語，意思為「生」。是指攜帶有遺傳信息的DNA序列，是控制性狀的基本遺傳單位。基因通過指導蛋白質的合成來表達自己所攜帶的遺傳信息，從而控制生物個體的性狀表現。人類約有兩萬至兩萬五千個基因。染色體在體細胞中是成對存在的，每條染色體上都帶有一定數量的基因。
一般來說，生物體中的每個細胞都含有相同的基因，但並不是每個細胞中的每個基因所攜帶的遺傳信息都會被表達出來。不同部位和功能的細胞，能將遺傳信息表達出來的基因也不同。
關於遺傳物質基礎，科學家早就有所臆測。1864年英國哲學家斯賓塞曾提出「生理單位」，1868年達爾文將其稱為「微芽」，1884年瑞士植物學家馮內格列稱之為「異胞質」，1889年荷蘭學者雨果·德弗里斯稱為「泛生子」。1883年德國魏斯曼稱之為「種質」，並指明生殖細胞中的染色體便是種質，認為種質是遺傳的，體質不遺傳，種質影響體質，而體質不影響種質。這在理論上為重新發現和廣為人們接受的孟德爾遺傳規律鋪平了道路 。
遺傳學的奠基人奧地利人孟德爾（Gregor Johann Mendel 1822～1884），在布爾諾(Brno, 德Brünn，現屬捷克)的奧古斯丁教派修道院的菜園裡，工作了8年，於1865年2月在奧地利自然科學學會會議上報告了自己植物雜交研究結果，第二年在奧地利自然科學學會年刊上發表了著名的《植物雜交試驗》的論文，發現了遺傳學的兩個基本規律——基因的分離定律和基因的自由組合定律。
文中指出，生物每一個性狀都是通過遺傳因子來傳遞的，遺傳因子是一些獨立的遺傳單位。這樣把可觀察的遺傳性狀和控制它的內在的遺傳因子區分開來了，遺傳因子作為基因的雛形名詞誕生了。
基因的存在最早是由他在19世紀推斷出來的，並不是觀察的結果。在達爾文發表進化論後不久，他試圖通過對豌豆進行試驗來對此解釋該理論。但是直到19世紀末他的研究才被人們所重視。雖然孟德爾還不知道這種物質是以怎樣的方式存在，也不知道它的結構是怎樣的，但孟德爾「遺傳因子」的提出畢竟為現代基因概念的產生奠定了基礎。
可以說，遺傳因子實際上是孟德爾根據其實驗結果所虛擬假想的某種東西，從那時起遺傳學家踏上了尋找基因實體的艱難歷程。1903年薩頓（W.S. Sutton 1877～1916）和鮑維里（T.Boveri 1862～1915）兩人注意到在雜交試驗中遺傳因子的行為與減數分裂和受精中染色體的行為非常吻合，他們作出「遺傳因子位於染色體上」的「薩頓—鮑維里假想」：他們根據各自的研究，認為孟德爾的「遺傳因子」與配子形成和受精過程中的染色體傳遞行為具有平行性，並提出了遺傳的染色體學說，認為孟德爾的遺傳因子位於染色體上，即承認染色體是遺傳物質的載體，第一次把遺傳物質和染色體聯繫起來。
這種假想可以很好地解釋孟德爾的兩大規律，在以後的科學實驗中也得到了證實。1909年丹麥遺傳學家詹森（W.Johansen 1859～1927）在《精密遺傳學原理》一書中提出「基因」概念，以此來替代孟德爾假定的「遺傳因子」。從此，「基因」一詞一直伴隨著遺傳學發展至今。詹森還提出了「基因型」與「表現型」這兩個含義不同的術語，初步闡明了基因與性狀的關係。不過此時的基因仍然是一個未經證實的，僅靠邏輯推理得出的概念。
從20世紀40年代起，人們開始注意基因與性狀的關係，即開始研究基因如何控制性狀的問題，1941年，比得爾和塔特姆以紅色鏈抱霉為材料進行生化遺傳研究。他們通過誘變獲得了多種胺基酸和維生素的大量營養缺陷突變體。這些突變基因不能產生某種酶，或只產生有缺陷的酶。
例如，有一個突變體不能合成色氨酸是由於它不能產生色氨酸合成酶。於是，研究者提出了「一個基因一種酶」的假說，認為基因對性狀的控制是通過基因控制酶的合成來實現的。這一假說在20世紀50年代得到充分驗證，後來發現有些蛋白質不只由一種肽鏈組成，如血紅蛋白和胰島素，不同肽鏈由不同基因編碼，因而1941年比德爾（G.W. Beadle 1903～）和塔特姆（E.L. Tatum 1909～1975）提出一個基因一個酶學說，證明基因通過它所控制的酶決定著代謝中生化反應步驟，進而決定生物性狀。又提出了「一個基因一條多肽鏈」的假設。
「一個基因一種酶」和「一個基因一條多肽鏈」理論的提出，大大促進了分子遺傳學的發展，人們急切期望能搞清楚基因的化學結構。1949年鮑林（L.C.Pauling 1901～1994）與合作者在研究鐮刀型細胞貧血症時推論基因決定著多肽鏈的胺基酸順序，這樣20世紀40年代末至20世紀50年代初，基因是通過控制合成特定蛋白質以控制代謝決定性狀原理變得清晰起來。
雖然DNA在細胞核中很早就被發現，但證明其為遺傳物質的決定性實驗是1944年艾弗里（O.T. Avery 1877～1955）的肺炎雙球菌的轉化實驗。他和麥卡蒂（M.McCarty 1911～）等人發表了關於「轉化因子」的重要論文，首次用實驗明確證實：DNA是遺傳信息的載體。1952年赫爾希（A.D. Hershey）和蔡斯（M.M. Chase 1927～）進一步證明遺傳物質是DNA而不是蛋白質。
這一實驗不僅證明了DNA是遺傳物質，揭示了遺傳物質的化學本質，也大大推動了對核酸的研究。1953年，美國分子生物學家詹姆斯·沃森（J.D. Watson）和英國物理學家佛朗西斯·克里克（F.H.C. Crick）根據威爾金斯(M. Wilkins)和富蘭克林( Rosalind Franklin 1920-1958)所進行的X射線衍射分析，提出了著名的DNA雙螺旋結構模型，進一步說明基因成分就是DNA，它控制著蛋白質合成。
進一步的研究證明，基因就是DNA分子的一個區段。每個基因由成百上千個脫氧核苷酸組成，一個DNA分子可以包含幾個乃至幾千個基因。基因的化學本質和分子結構的確定具有劃時代的意義，它為基因的複製、轉錄、表達和調控等方面的研究奠定了基礎，開創了分子遺傳學的新紀元。
70年代後，基因的概念隨著多學科滲透和實驗手段日新月異又有突飛猛進的發展，主要有以下幾個方面：
1、基因具重疊性。1977年桑格（F. Sanger）領導的研究小組，根據大量研究事實繪製了共含有5375個核苷酸的ΦX174噬菌體DNA鹼基順序圖，第一次揭示了遺傳的一種經濟而巧妙的編排——B和E基因核苷酸順序分別與A和D基因的核苷酸順序的一部分互相重疊。當然它們各有一套讀碼結構，且基因末端密碼也有重疊現象（A基因終止密碼子TGA和C基因起始密碼子ATG重疊2個核苷酸；D基因的終止密碼子TAA與J基因起始密碼子ATG互相重疊1個核苷酸，順序為TAATG）。
2、內含子和外顯子。人們在研究小雞卵清蛋白基因時發現其轉錄形成的mRNA只有該基因長度的1/4，其原因是基因中一些間隔序列的轉錄物在RNA成熟過程中被切除了。這些間隔序列叫內含子，基因中另一些被轉錄形成RNA的序列叫外顯子。小雞的卵清蛋白基因中至少含7個內含子。因而從基因轉錄效果看，基因由外顯子和內含子構成。
3、管家基因和奢侈基因。具有相同遺傳信息的同一個體細胞間其所利用的基因並不相同，有的基因活動是維持細胞基本代謝所必須的，而有的基因則在一些分化細胞中活動，這正是細胞分化、生物發育的基礎。前者稱為管家基因，而後者被稱為奢侈基因。
4、基因的遊動性。早在20世紀40年代美國遺傳學家麥克林托克（B. McClintock）在玉米研究中發現「轉座子」，直至1980年夏皮羅（J.Shapiro）等人證實了可移位的遺傳基因存在，說明某些基因具有遊動性。為此，這位「玉米夫人」榮獲了1983年度諾貝爾生理學或醫學獎。
重疊基因：長期以來，人們一直認為在同一段DNA序列內是不可能存在重疊的讀碼結構的。但是，1977年，維納（Weiner）在研究Q0病毒的基因結構時，首先發現了基因的重疊現象。1978年，費爾（Feir）和桑戈爾（Sangor）在研究分析φX174噬菌體的核苷酸序列時，也發現由5375個核苷酸組成的單鏈DNA所包含的10個基因中有幾個基因具有不同程度的重疊，但是這些重疊的基因具有不同的讀碼框架。以後在噬菌體G4、MS2和SV40中都發現了重疊基因。基因的重疊性使有限的DNA序列包含了更多的遺傳信息，是生物對它的遺傳物質經濟而合理的利用。
假基因：1977年，G·Jacp在對非洲爪贍5SrRNA基因簇的研究後提出了假基因的概念，這是一種核苷酸序列同其相應的正常功能基因基本相同，但卻不能合成出功能蛋白質的失活基因。假基因的發現是真核生物應用重組DNA技術和序列分析的結果。現已在大多數真核生物中發現了假基因，如Hb的假基因、干擾素、組蛋白、α球蛋白和β球蛋白、肌動蛋白及人的rRNA和tRNA基因均含有假基因。由於假基因不工作或無效工作，故有人認為假基因，相當人的痕迹器官，或作為後補基因。
移動基因：1950年，美國遺傳學家麥克林托卡在玉米染色體組中首先發現移動基因。她發現玉米染色體上有一種稱為Ds的控制基因會改變位置，同時引起染色體斷裂，使其離開或插入部位鄰近的基因失活或恢復恬性，從而導致玉米籽粒性狀改變。這一研究當時並沒有引起重視。20世紀60年代未，英國生物化學家夏皮羅和前西德生物化學家西特爾特別在細菌中發現一類稱為插入順序的可移動位置的遺傳因子，20世紀70年代早期又發現細菌質體的某些抗藥性可移動的基因，到20世紀80年代已發現這類基因至少有20種。
20世紀90年代之前，科學家終於用實驗證明了麥克林托卡的觀點，移動基因不僅能在個體的染色體組內移動，並能在個體間甚至種間移動。現已了解到真核細胞中普遍存在移動基因。基因移動性的發現不僅打破了遺傳的DNA恆定論，而且對於認識腫瘤基因的形成和表達，以及生物演化中信息量的擴大等研究工作也將提供新的啟示和線索。
由於DNA在經歷一段時間後會積聚一些具有遺傳能力突變，因此其中所包含的歷史訊息，可經由DNA序列的比較，使遺傳學家瞭解生物體的演化歷史，也就是種系。這些研究是種系發生學的一部分，也是演化生物學上的有利工具。假如對物種以內範圍的DNA序列進行比較，那麼群體遺傳學家就可得知特定族群的歷史。
人類基因組計劃(human genome project,HGP）是一項規模宏大的科學計劃，其旨在測定組成人類染色體（指單倍體）中所包含的30億個核苷酸序列的鹼基組成，從而繪製下人類基因組圖譜，並且辨識並呈現其上的所有基因及其序列，進而破譯人類遺傳信息。人類基因組計劃是人類為了解自身的奧秘所邁出的重要一步，是繼曼哈頓計劃和阿波羅登月計劃之後，人類科學史上的又一個偉大工程。
截至到2005年，人類基因組計劃的測序工作已經基本（92%）完成。其中，2001年人類基因組工作草圖的發表（由公共基金資助的國際人類基因組計劃和私人企業塞雷拉基因組公司各自獨立完成，並分別公開發表）被認為是人類基因組計劃的里程碑。
進入二十世紀下半葉，癌症逐漸成為人類健康的頭號殺手。從1960年代開始，美國政府不斷投入資金進行癌症研究。1971年，在當時的美國總統尼克森的推動下，美國國家癌症研究所啟動了「向癌症開戰」計劃，期望能夠在五年內治癒癌症；但這一花費了數十億美元的計劃卻並沒有達到預期目標。儘管如此，科學家們還是認識到包括癌症在內的疾病與基因之間存在緊密聯繫，關於基因的研究不斷發展。同時，做為基因研究的分子基礎，基因的鹼基序列（即DNA序列）的測定開始受到重視。
1990年，投資三十億美元的人類基因組計劃由美國能源部和國家衛生研究院正式啟動，預期在15年內完成。隨後，該計劃擴展為國際合作的人類基因組計劃，英國、日本、法國、德國和中國先後加入，形成了國際基因組測序聯盟。為了協調各國人類基因組研究，1988年在維克多·馬克庫斯克（Victor McKusick）等科學家的倡導下，國際人類基因組組織（HUGO）宣告成立。
在國際人類基因組計劃（以下簡稱「國際計劃」）啟動八年後的1998年，美國科學家克萊格·凡特創辦了一家名為塞雷拉基因組（Celera Genomics）的小私立公司，開展自己的人類基因組計劃。與國際人類基因組計劃相比，公司希望能以更快的速度和更少的投資（3億美元，僅為國際計劃的十分之一）來完成。塞雷拉基因組的另起計劃被認為對人類基因組計劃是一件好事，因為塞雷拉基因組的競爭促使國際人類基因組計劃不得不改進其策略，進一步加速其工作進程，使得人類基因組計劃得以提前完成。
塞雷拉基因組一開始宣稱只尋求對200至300個基因的專利權保護，但隨後又修改為尋求對「完全鑒定的重要結構」的總共100至300個靶基因進行知識產權保護。1999年，塞雷拉申請對6500個完整的或部分的人類基因進行初步專利保護；批評者認為這一舉動將阻礙遺傳學研究。此外，塞雷拉建立之初，同意與國際計劃分享數據，但這一協定很快就因為塞雷拉拒絕將自己的測序數據存入可以自由訪問的公共資料庫GenBank而破裂。雖然塞雷拉承諾根據1996年百慕達協定（en:Bermuda Statement）每季度發表他們的最新進展（國際計劃則為每天），但不同於國際計劃的是，他們不允許他人自由發布或無償使用他們的數據。
2000年，美國總統柯林頓宣布所有人類基因組數據不允許專利保護，且必須對所有研究者公開，塞雷拉不得不決定將數據公開。這一事件也導致塞雷拉的股票價格一路下挫，並使倚重生物技術股的納斯達克受到重挫；兩天內，生物技術板塊的市值損失了約500億美元。
關於如何界定人類基因組測序完成，有多種定義。根據不同的定義，人類基因組的測序是否完成有不同的看法。曾有多個大眾媒體報導人類基因組計劃「完成」，而且由國際人類基因組計劃所採用的定義，基因組的測序已經完成。相對於基因組測序而言，要了解所有基因的功能還有很長的一段路要走。例如以前人們所認為的垃圾DNA（junk DNA）實際上並不「垃圾」，它們在基因組的進化、每個個體的差異性以及許多其他方面扮演著重要角色，是世界上許多實驗室著力研究的目標。
將來，隨著對基因組的理解更加深入，新的知識會使醫學和生物技術領域發展更迅速。而且，在分子生物學水平上深入了解疾病的產生過程可能推動新的療法的發現。基於DNA對於分子生物學的重要性以及它在細胞生命活動進程中的中心作用，對於DNA的進一步認識將有助於新藥的開發。
在人類基因組計劃完成前，它的實用價值就已經很明顯了。人類基因組計劃對生物學研究領域也有許多切實的幫助。分析不同物種DNA序列的相似性會給進化研究指明了一個更廣闊的路徑。在很多方面，進化問題可以追溯到分子生物學的水平。事實上，許多重要的進化史上里程碑事件的內涵都要寄希望於人類基因組計劃的數據去揭示。
微生物研究已邁入後基因體世代，今日從事微生物方面的研究，不論是細菌、病毒或寄生蟲，基因體學已是研究必備的工具。
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