基因的調控
按照中心法則，有機體的發育也就是DNA分子中所包含的遺傳信息，在一定條件下的表達。或者說，有機體的個體發育是按照在DNA分子中以某種方式預先制定的指令（遺傳程序）而進行的。這些指令在適當的條件下能促使一個細胞或某些細胞群正好在特定的時間和位置（空間）發生分化。由此看來，DNA所包含的遺傳信息是有機體發育的內在根據，而體內的生理狀態和各種環境因素則是發育的必要條件。至於在發育過程中，某個細胞究竟表達全部遺傳潛力的哪一部分，那就要看哪些基國是開著的，哪些基因是關閉的。大約在50年前，生物學家就意識到在發育過程中，細胞分化時要打開一些基因，關閉另一些基因，才有可能讓來自同一個受精卵增殖的細胞，有的發育成肺，有的發育成心臟，有的卻發育四肢……很明顯，在這裡就有基因表達的調控問題。
早在40年代，美國遺傳學家麥克林托克在研究玉米籽粒顏色的高頻變異時，就已注意到了基因的調控問題，用轉座子學說來解釋玉米籽粒顏色的遺傳不穩定現象，首次提出基因調控模型，初步揭示了有機體如何設計安排基因活動的奧秘。此外，在40年代還有比德爾和塔特姆在1946年提出的一個基因一個酶的理論，闡明基因是通過酶來控制性狀發育的，進而把人們的注意力引向基因和酶的關係上來。
1961年，法國生物學家雅各布和莫諾（J·Monod，1910—1976），在研究大腸桿菌半乳糖代謝的調節機制時，提出操縱子學說進一步發展和深化了基因通過酶起作用的機理，從分子水平上創建基因調控模型，為揭示有機體的發育和細胞的分化等開拓了新思路。
按照操縱子學說，基因可分為幾種類型，一是結構基因（用at表示），它含有關於蛋白質結構的信息；二是調節基因（用RG表示），它具有調整結構基因活性的作用，能制約一種在正常情況下壓制結構基因活性的阻遏物（一種小分子蛋白質）的形成；三是操縱基因（用O表示），它本身不能產生什麼物展＞移＞旦跟阻遏物結合，結構基因就不能有轉錄作用。此外，還有一個啟動基因（用P表示），它是接受RNA聚合酶的所在，是RNA聚合酶活動的起點，RNA聚合酶就是從這裡開始使結構基因進行轉錄的。所謂操縱子就是指一系列在作用上密切相關而排列在一起的結構基因和操縱基因的總和。操縱子的開關，是與調節基因和操縱基因的作用分不開的。
舉例來說，大腸桿菌能將乳糖分解為葡萄糖和半乳糖。催化這一生物化學反應的酶有半乳糖昔酸、乳糖透過酶和乙酸化酶。它們受控於相應的三個結構基因（分別用eq。
SGZ、Wb表示）。當培養基里沒有誘導物——乳糖存在時，由調節基因所產生的阻遏物便與操縱基因結合，阻止或干擾RNA聚合酶與啟動基因的結合，從而使結構基因形成InR－NA的轉錄過程不能進行，乳糖代謝所必需的三種酶也就不能合成。當培養基里有誘導物乳糖存在時，它便立即與阻遏物結合，使其構型發生改變，失去原有的作用，這時操縱基因便開放，讓RNA聚合酶結合到啟動基因上，結構基因產生rnRNA的轉錄過程和三種酶的合成就能正常進行。一旦乳糖用盡，阻遏物又發生作用，重新關閉RNA聚合酶的通道，使結構基因的轉錄過程停止，酶的合成也隨之告終。後圖是操縱子開關的示意圖。
（A）示誘導酶形成過程。（B）示阻遏酶形成過程。
雅各布和莫諾的操縱子學說，用一套調節控制系統來解釋細胞為什麼在一定的條件下能按需要啟動或關閉某些基因。這對於我們了解基因如何通過酶的作用控制性狀的發育，是很有幫助的。但是後來發現操縱子學說對於真核生物並不適用。因此對於真核生物的基因調控還是有待研究的課題。
像細菌等原核生物，它們的結構比較簡單，既沒有各種細胞器，也沒有核膜，它們的遺傳物質——DNA或RNA，是完全裸露在細胞質中的，談不到什麼染色的結構。因此，在原核生物那裡，遺傳信息的轉移，從轉錄到轉擇是同時進行的，有時甚至複製、轉錄和轉譯是三位一體的。此外，它們的基因為數很少，並且功能相關的基因往往是緊密相連的。所以它們的基因調控均可用操縱子學說來說明。
真核生物就不一樣了，它們不僅有各種細胞器，而且有核膜把DNA包圍起來並形成結構複雜的染色體（由DNA。蛋白質和少量的gyA組成）。因此，真核生物在實現遺傳信息的傳遞和表達等方面要比原核生物複雜和完善很多。比如說，真核生物的轉錄和轉譯，是分別發生在細胞核和細胞質中，這兩個過程在時間上和空間上都是分開的，並且它們的轉錄和轉譯均有專用的「機床」，其產品亦需進行各種加工和修飾後，才能輸送到細胞質中去。此外，真核生物的基因為數眾多，從受精卵到完整的有機體，要經過複雜的分化發育過程，除了那些為了維持細胞的基本生命活動所必需的基因之外，其他不同組織的細胞中的基因總是在不同的時空序列中被活化或受阻遏。因此，真核生物的基因調控有染色體DNA水平上的基因調控、轉錄水平上的基因調控和轉譯調控等，是相當複雜的。目前生物學家正在深入地研究真核生物基因調控的奧秘。
此外，由基因調控模型使人們想到，有機體的發育和細胞分化的過程也是受基因調控的。現代生物學已闡明，多細胞有機體在胚胎髮育時，生殖細胞中的全部基因都被複制並傳遞給各個子細胞，但大部基因沒有得到表達。哪些基因得到表達決定於這個細胞在身體內的位置、所處的發育階段以及當時的外在環境。最近幾年的研究表明，每個細胞內的活性基因（開著的基因）與非活性基因（關閉著的基因）都有其特定的圖式，並且這種圖式會隨著發育過程的進行經歷順序的變化。據英國劍橋分子生物學實驗室的研究，一種透明的線蟲在其胚胎髮育過程中，有一組基因在控制細胞分化的時間順序上起著關鍵的作用。他們把這組基因叫做時序基因。時序基因中的某些突變，可以改變細胞譜系的發育過程，使它們比正常個體提早或推遲進行。此外，1983年巴塞爾大學生物學中心的研究者，對果蠅的胚胎髮育進行研究，發現果蠅中許多控制空間結構的基因都具有一段共同的DNA（含有一個獨特的鹼基順序），他們稱此為同源框。當含有同源框的基因轉譯成蛋白質時，同源框就會發生一段氨基酸鏈並連結到DNA雙螺旋上去。當這個蛋白質與特定基因的DNA結合上之後，它就能使這些基因打開或關閉。如果這組基因遭到突變，成蟲體節長出的結構便會出現差錯，本該是長觸角的位置卻長出足來。後來，有人在蛙、雞、鼠等其他生物體內，也發現了類似同源框的序列。這樣，同源框的發現就為研究基因如何調控有機體的發育提供了一個重要的立足點。
由此看來，要想深入了解基因調控的機制，一個很重要或很關鍵的課題就是要搞清楚包含在DNA分子中的密碼原本或測定其全校著酸排列的順序。從60年代起就有不少科學家從事這方面的工作。如菲耳斯從1965年開始研究噬菌體M＆RNA的結構，終於在1975年搞清了M＆的全核青酸序列。繼他之後又有不少的科學家測出了噬菌體十X174DNA的全核音酸序列，以及病毒SV40和噬菌體fd的全核音酸序列。
80年代又興起了對人類基因組的全核音酸序列的分析。這是一項國際性的大科學計畫。現在普遍的看法是人的基因組估計擁有大約見萬個基因，含30億個核音酸對。要測定如此龐大的全核音酸序列顯然並非易事。美國準備用15年的時間，花30億美元將其完成。一旦把人類基因組的核著酸序列搞清楚了，人們就可以繪製出一幅清晰的人類基因組圖譜，並按圖索鸚，從簡單的DNA來預測人的性狀，分析哪些基因發生了突變，基因結構發生了什麼樣的改變，突變基因在哪條染色體上和處於什麼位置，等等。這樣，不僅對人的遺傳本性和發育程序一目了然，而且還可以研究正常的基因是怎樣工作的，不正常的基因又是怎樣引起疾病的，等等。難怪有人把人類基因組分析比喻為徹底了解人體自身奧秘的「阿波羅」計畫。
但是，也不應該忽視人類基因組分析所提供的只是一份遺傳藍圖，性狀發育的可能性，它並不可能完全可靠地預測所有性狀的前景，因為許多性狀（特別是與行為和認識有關的性狀）是由遺傳和環境相互作用所決定的，環境的變化可以導致遺傳相似的個體沿著迥然不同的道路發育。因此，解釋遺傳信息的表達，如果不充分考慮這一點也是不全面的。（鍾安環）
歷史的指紋——基因故事
地球生物的過去，是生命有機體幾億年進化的歷程。在所有這些生命有機體的細胞內，長期潛伏著DNA分子的濃密螺旋要素，透過它，我們能夠聽到歷史的回聲。下面的幾則小故事就是例子。
一尋找人類的祖先在基督教和神