20 世紀是遺傳學誕生并飛速發(fā)展的世紀。在這100年里, 遺傳學所取得的每一巨大成就, 如DNA 雙螺旋結構的發(fā)現(xiàn)、DNA 重組技術的創(chuàng)立、人類基因組計劃的實施以及動物克隆技術的應用等, 對人類社會的發(fā)展都產(chǎn)生了深刻的影響。在當今的生命科學領域, 遺傳學占有舉足輕重的地位, 已成為影響整個自然科學乃至人類社會的帶頭學科?？梢哉f, 遺傳學是自然科學所有門類中發(fā)展最快、影響最深、應用價值最大的學科之一。

    在20 世紀的前10 年里, 遺傳學家們除了對孟德爾遺傳規(guī)律普遍意義進行了大量驗證之外, 還確立了遺傳學的一些重要理論和基本概念, 例如薩頓(Sutton) 和博沃瑞(Boveri) 注意到雜交實驗中遺傳因子的行為, 與配子形成和受精過程中染色體的行為是完全平行的, 即減數(shù)分裂過程中細胞染色體的行為與孟德爾遺傳規(guī)律中遺傳因子的分離和自由組合的行為是相符的。在此基礎上, 提出了遺傳的染色體學說(chromosome theory of inherstance) , 指出控制性狀的遺傳因子位于細胞內(nèi)的染色體上, 這一學說促進了遺傳學與細胞學這兩門學科的結合, 并促成了遺傳學的一個全新的分支―--細胞遺傳學的出現(xiàn)及其蓬勃發(fā)展。

在20 世紀的第2 個10 年里, 由于第一次世界大戰(zhàn)的爆發(fā), 遺傳學的研究受到了很大的影響, 沒有產(chǎn)生什么劃時代意義的成果。

到了20 世紀20 年代, 隨著世界大戰(zhàn)的結束, 遺傳學的研究又獲得了長足發(fā)展, 產(chǎn)生了一些大的成果。1926 年, 摩爾根提出了著名的“基因學說( gene theory) ”。其論點是, 基因作為連續(xù)的遺傳物質, 是染色體上的遺傳單位, 具有很高的穩(wěn)定性, 能自我復制, 能發(fā)生變異; 在發(fā)育過程中, 一定的基因在一定條件下控制一定的代謝過程, 從而體現(xiàn)在一定的遺傳特性上; 生物進化的材料主要是基因及其突變等。基因學說的創(chuàng)立極大地發(fā)展了孟德爾的遺傳學說。這一時期的另一重大成就是1927 年摩爾根的學生、美國遺傳學家繆勒(M uller) 發(fā)現(xiàn)基因和染色體的突變不僅在自然情況下產(chǎn)生, 而且在X 射線的作用下也會大量發(fā)生, 他明確提出X 射線是強有力的基因突變劑, 可顯著影響基因的突變率, 從而創(chuàng)立了突變理論, 使遺傳學進入到一個新的發(fā)展階段。

進入20 世紀40 年代, 微生物遺傳學和生化遺傳學的研究廣泛地開展了起來, 遺傳學家們以鏈孢霉等微生物作為研究對象, 利用生化方法探索遺傳物質的本質和功能, 取得了一些成果。

20 世紀50 年代是遺傳學發(fā)展突飛猛進的時代, 取得了輝煌的成就。1952 年, 美國籍華人遺傳學家徐道覺首次利用低滲鹽溶液處理人體細胞發(fā)現(xiàn)人的染色體數(shù)目是46, 而不是人們所認為的48。1953 年, 美國科學家沃森(Watson) 和英國學者克里克(Crick) 共同發(fā)現(xiàn)了DNA 分子的雙螺旋結構, 從此揭開了遺傳學歷史的新篇章, 它標志著遺傳學研究進入了分子遺傳學時代. 從那時起,DNA 作為基因的載體逐漸被遺傳學家所公認。生物體可以說遺傳學在20世紀后半葉的主要研究方向就是圍繞分子生物學展開的,并將持續(xù)邁進21世紀,成為遺傳研究的重點和熱點。

60 年代遺傳學研究也取得了一些驕人的成就。1961 年, 雅各布(Jacob) 和莫諾德(Monad) 提出了大腸桿菌DNA 操縱子學說, 闡明了微生物細胞中基因表達的調控問題, 開創(chuàng)了基因調控研究的新領域, 另外, 他們還發(fā)現(xiàn)了mRNA。同年, 克里克和他的同事們用實驗驗證了DNA 分子或基因是以核苷酸三聯(lián)體的方式?jīng)Q定其遺傳密碼。

20 世紀70 年代后, 分子遺傳學的研究更加深入。1973 年, 科恩(Cohen) 等人限制性內(nèi)切酶以及人工分離基因的方法成功地實現(xiàn)了DNA 分子的體外重組, 從而使人類進入了能按需要設計和改造生物物種的新時代——遺傳工程時代。以DNA 重組技術為核心的遺傳工程的興起不僅極大地推動了遺傳學乃至整個生命科學的研究, 而且成為改變工農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥學面貌的巨大力量。

進入20 世紀80 年代后, 遺傳學與分子生物學和發(fā)育生物學的結合更加深入, 它的許多分支學科特別是分子遺傳學和發(fā)育遺傳學的發(fā)展更為迅速, 日益顯現(xiàn)出在生命科學中帶頭學科的地位。以基因工程為龍頭的遺傳工程技術的應用, 以及數(shù)理化方面的理論、技術和方法的引入, 為遺傳學在研究技術和方法上帶來了革命性的突破1984 年, 穆里斯(Mullis) 等人建立多聚酶鏈反應(PCR) 技術1986 年, 美國率先提出了一個前所未有的龐大研究計劃—— 人類基因組計劃(Human Geneme Project)。其基本目標是, 投入30 億美元在15 年左右的時間內(nèi)搞清人類基因組中全部30 億堿基對長度的DNA 分子中所包含基因的數(shù)量、堿基排列順序并繪制出詳細的基因圖譜。

進入20 世紀90 年代, 遺傳學發(fā)展的最顯著變化是基因組研究全面興起,該領域的一個標志性研究項目便是1990 年正式啟動的人類基因組計劃, 該項目決定用15 年的時間(1900～ 2005 年) 揭示人類基因組的全部奧秘。其任務分2 大階段: 1) 繪制基因組結構圖譜; 2) 測定出基因組DNA 的堿基順序。我國也于1993 年正式加入該研究, 完成其1% 的工作量。隨著這方面資料的積累, 使得遺傳學領域產(chǎn)生了一個嶄新的分支學科—— 基因組學(genomics)。另一方面, 以重組DNA 技術為基礎的基因治療開始從實驗室走向臨床。

1998 年8 月, 第18 屆國際遺傳學大會如期在中國北京隆重舉行, 這次大會將作為20 世紀中國遺傳學界最重大的事件而載入史冊。

到2000 年6 月, 經(jīng)過美、英、德、法、日、中等6 國科學家的努力, 人類基因組工作框架圖繪制完成, 經(jīng)過半年多的分析后發(fā)現(xiàn), 人類基因組構有32 億個堿基對, 包含3 萬～ 4 萬個蛋白編碼基因。其研究成果以這題為“人類基因組的初步測定和分析”、長達60 多頁的論文發(fā)表在權威學術刊物《自然》上。至此, 遺傳學從無到有、從小到大走過了輝煌的一百年。

二﹑從遺傳學發(fā)展歷程所想到的

縱觀遺傳學發(fā)展的軌跡, 可知遺傳學的發(fā)展既有其學科自身的特點, 也與20 世紀生物學乃至整個自然科學的發(fā)展密切相關, 與社會科學尤其是科學哲學思想的發(fā)展也有密切的聯(lián)系。我們可從如下方面得到一些深刻的啟示。

2．1 　遺傳學研究中的科學方法和和不可避免的問題

孟德爾在雜交實驗中運用了“假說”這一科學研究方法： 即先通過雜交實驗取得實驗結果, 在對實驗結果進行綜合分析、解釋的基礎上, 提出一對遺傳因子的分離假說和二對遺傳因子的自由組合假說, 之后設計自交和測交實驗來驗證假說, 驗證后的假說便上升為定律。 這一“實驗———假說(模型) ———驗證———定律(規(guī)律) ”的科學研究方法貫穿遺傳學發(fā)展的全過程,從遺傳的染色體理論、一個基因決定一條多肽鏈、DNA雙螺旋模型、大腸桿菌乳糖操縱子模型到中心法則等一系列突破性研究成果的取得都遵循了這一科學的研究方法。只有運用科學的研究方法才能提出合理的“假說”,進而通過科學實驗來驗證“假說”,最后實現(xiàn)理論上的突破,得出正確的結論,這其中包含有一種遵從事物客觀規(guī)律,一切從實際出發(fā)的觀點,同時積極發(fā)揮人的主觀能動性,達到人們能更加深入地認清生命的本質的目的.做學問就是需要這種實事求是的,一絲不茍的作風.

同時,值得注意的是, 在遺傳學展過程中發(fā)生過多次其科學思想和成果被忽視和懷疑的情況。孟德爾定律被忽視達35年之久, 而且即使在被重新發(fā)現(xiàn)后也受到了相當?shù)膽岩?。McClintock 早在20 世紀40 年代末就發(fā)現(xiàn)玉米中存在“控制因子”, 它可在染色體內(nèi)和染色體間移動, 引起玉米表型改變。 可惜由于當時人們對于基因的認識還沒有擺脫傳統(tǒng)的觀念, 再加上基因分子生物學知識的貧乏, 她的觀點不但沒有被其他學者接受, 反而遭一些人的漠視與反對, 直到60 年代末在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)了可移動因子后, 移動基因的概念才被大家所公認。 這兩個案例說明在科學界存在有保守主義。 顯然保守主義會阻礙科學的發(fā)展。 但是新的思想幾乎每日都出現(xiàn), 如果舊觀點很快就被每日產(chǎn)生的新觀點所廢棄, 那么堅實而完整的理論就不能出現(xiàn)很長時間, 因此對出現(xiàn)的新成果持謹慎的態(tài)度也是必要的,真正的新的正確的理論應該是經(jīng)受得起時間的考驗的,只有它為越來越多的人所接受,成為一種共識,才算一種正確的理論。

另外，這也告訴了有志于從事科學研究的：發(fā)現(xiàn)一條真理不容易，堅持一條真理也同樣不容易。將來如果我們的發(fā)現(xiàn)是對的，那不管受到怎樣的忽視與懷疑，我們都應該勇敢地堅持下去。真理必將經(jīng)得起時間的洗禮。

2．2 　遺傳學研究中的認識論與方法論

遺傳學發(fā)展過程中曾短期出現(xiàn)唯心論的思想。 最初作為孟德爾工作堅定衛(wèi)士的W1Bateson 在遺傳的染色體理論被普遍接受之后, 仍然反對孟德爾遺傳因子是染色體一部分的觀點。不過唯心論對遺傳學的發(fā)展未形成明顯的影響。對遺傳學發(fā)展有深刻影響的是還原論和整體論。

還原論最早由德國生理學家J1Loeb 于1912 年提出,他認為所有生命現(xiàn)象可以通過實驗分析而還原成為物理、化學規(guī)律, 即最終可用原子、分子去解釋, 而整體的性質是從獨立的、單個部分的性質派生出來的。作為絕對的還原論者(機械唯物主義者) , 他們把研究生命還原為研究其物理、化學作用, 而不顧器官和組織水平的相互作用。

而整體論(整體唯物論或稱辯證唯物論) 者認為, 整體性質一部分由各自獨立組分的性質所決定, 但同時也由它們協(xié)同作用的性質所決定。 因此要得到完整的描述, 就必須在分別研究各個組分的同時, 研究各組分之間的相互作用。

從分子遺傳學的形成過程可知, 還原論對遺傳學的發(fā)展起了積極的推動和指導作用。30 年代末, 玻爾、薛定鍔等一批物理學家力圖用熱力學和量子力學理論來解釋生命的本質, 并認為生命世界可能還存在新的物理學定律,這引導了一批物理學家投入生物遺傳信息的研究, 極大地推動了遺傳學的發(fā)展。 結構學家、生化遺傳學家也受還原論的影響, 從物理學、化學角度研究基因的結構和功能。

但大多數(shù)遺傳學家認識到, 有關DNA 結構的全部知識不一定能提供關于它的功能、調控和進化方面的全部知識,科學研究中還發(fā)現(xiàn)一些化學組成十分簡單寡糖鏈卻具有信號識別,免疫反應等十分復雜的功能,這是單從其自身結構上所不能給出合理解釋的,可能的解釋是它和其它各種因子的協(xié)同作用。對生命遺傳整體論的認識已占了優(yōu)勢, 基因表達調控的研究、全基因組序列分析都是在整體論影響下開展起來的。事實上, 從認識論的角度看, 在遺傳學及分子生物學領域, 自60 年代中期以來, 堅持還原論的學者已經(jīng)不多。但還原論作為一種方法論卻廣泛被接受。許多復雜的生命過程在開始無法在對其各組分之間的相互關系進行研究之前, 還原論的研究方法是唯一實際的方法。 然而遺傳學家們認識到, 當數(shù)據(jù)資料和研究方法積累到一定程度后, 整體論的研究是必需的。

3．  我看遺傳學研究在人類社會生活中的應用價值

遺傳學發(fā)展至當代,特別是分子遺傳學的成就,使人類有能力直接設計自身和其它物種的進化, 從而使公眾對該學科的興趣空前提高, 人類將不再只慢慢的等待自然極其緩慢的進化過程, 而可以按重新設計的進化目標快速的培育新的動植物及微生物新品種, 人類的自身改造將成為可能。

遺傳學研究的進展及其巨大的發(fā)展?jié)摿? 將會帶來一場新的技術革命, 特別是在農(nóng)牧業(yè)及醫(yī)學領域更顯示出廣闊的應用前景。

3. 1  遺傳學與新物種的培育: 許多動物, 如魚類、兩棲類、昆蟲及微生物的基因圖譜將繪制出來,這會幫助人類更好地管理、控制物種,即利用基團操作技術駕馭它們的繁殖、成長、消亡以至改變它們的品性。如利用生物技術開發(fā)的新家禽品種生長速度加快, 產(chǎn)蛋率增高、縮短了孕期,改善了營養(yǎng)價值。運用基因工程開發(fā)出的轉基因動物可以抵抗惡劣環(huán)境, 如科學工作者將南美洲抵抗力強的美洲駝基因植于中東駱駝體內(nèi),或者反過來,使它們生存能力,生存區(qū)域得到提高和擴大。又如運用生物技術改造鸚鵡使它的生存區(qū)擴大到了北美的寒冷氣候。有學者指出: 在不遠的將來轉基因寵物會是十分普遍的。

3. 2  遺傳學與工業(yè)生產(chǎn)會產(chǎn)生重大影響。如食品工程、化學工程、環(huán)境工程、制造業(yè)、能源、信息技術等,甚至對人工生命的誕生作出貢獻。

在食品工業(yè)領域,據(jù)“國際食品工程”雜志報道:遺傳工程和食品科學工作者正在研究水果、蔬菜的組成成分的遺傳結構,以期從遺傳的角度來提高其營養(yǎng)價值、改善其色、香、味,提高生產(chǎn)效率。新近開發(fā)出的不產(chǎn)生豆腥的酶(無脂氧化酶) 獲得成功,使工業(yè)生產(chǎn)大批量的無豆腥大豆制品成為可能.

在化學工程領域已開始“生物化”, 即應用復雜的生物反應知識,借助于遺傳學理論的指導,化工產(chǎn)業(yè)的主要產(chǎn)品將從目前的大量化工品轉向高附加值品, 如生物催化使用的工業(yè)酶及食品添加劑等。

遺傳工程對環(huán)境保護也有明顯作用, 如運用生物技術處理污水。當今世界常用的最普遍使用的活性污泥法, 是利用含有多種微生物的活性污泥在通氣條件下進行吸附沉淀及氧化分解清除水中污物的。清除效果很好,且所需經(jīng)費大大降低。

制造業(yè)也將生物化, 變得象生物繁殖。遺傳學在制造業(yè)方面的應用包括:生物技術藥品、初級DNA 芯片、生物傳感器及基于生物自組織的納米技術等。

遺傳學與信息技術之間也存在著密切聯(lián)系。新近出現(xiàn)的邊緣學科—生物信息學正在高速發(fā)展。它旨在處理并解釋大量的生物統(tǒng)計數(shù)據(jù)和基因組數(shù)據(jù), 生物計算學也在形成并不斷完善之中。

3. 3  遺傳學與人類健康: 生命的衰老及抗衰老分子生物學機理正在被逐步揭示, 這一切無不與遺傳緊密關聯(lián)。人類在確診、治療、及預防數(shù)千余種遺傳疾病的能力正在不斷提高。診斷和醫(yī)治疾病(尤其是先天性疾病) 的主要手段是依靠遺傳學的發(fā)展。基因治療的研究成果,在最近幾年不斷出現(xiàn)于學術刊物或報端,學者們紛紛預測,到21 世紀的頭30 年內(nèi),利用生物技術可以創(chuàng)造出3 千種以上的基因診斷和治療方法。運用遺傳學原理進行診斷和治療, 對那些特殊病癥和一些先天性遺傳行為疾病更顯得有其特殊療效。生物學__和醫(yī)學工作者在展望未來生物技術治療疾病時指出:該領域的治療方法包括基因修飾、基因藥品, 如反義DNA 阻止人體內(nèi)可導致疾病生成的基因指令。轉基因、基因重組、消除有害基因都將成為臨床使用的有效方法。遺傳學的發(fā)展, 使人們看到了它在很多領域具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

上述我只能從若干個方面作了簡要介紹。然而它在能源、新材料、環(huán)境保護, 包括人類自身的改造方面都顯示出了廣闊的發(fā)展前景和潛在的巨大效益。世界遺傳學界在評述這一潛在效益時指出: 到2025 年, 遺傳學對經(jīng)濟發(fā)展的貢獻將占GDP的20 % ,大約為2 萬億美元?？吹搅诉@一廣闊發(fā)展前景及其潛在的巨大效益,世界很多國家, 特別是一些發(fā)達國家都加強了在這一領域的研究開發(fā)。我國在該領域亦有相當?shù)膶嵙Α?/p>

4  遺傳學研究所帶來的社會問題

遺傳學在其整個發(fā)展過程中,與社會有著密切的關系, 是解決人類面臨的人口、糧食、環(huán)境等重大問題的重要工具之一,但是與此同時遺傳學的發(fā)展也引發(fā)了一系列新的社會問題。

4. 1  轉基因動植物的大量產(chǎn)生及應用, 引發(fā)了生物安全問題.

由于轉基因技術的廣泛采用，不管是在動物植物﹑還是微生物研究領域，轉基因生物個體大量出現(xiàn)，如果它們僅在實驗室中出現(xiàn)，那倒沒有影響，但是隨作轉基因技術在生產(chǎn)實踐上的應用后，比如說，轉基因奶牛用于產(chǎn)生更多的奶，轉基因豬用于人類的器官移植 ，轉基因的棉花品種能抵抗蟲害，這些新的生物品種一下子進入到本來已經(jīng)具有穩(wěn)定生物多樣性和生態(tài)平衡的自然界中，會不會導致整個全球生態(tài)系統(tǒng)的平衡的波動，甚至破壞呢？這是當前必需考慮的一個問題，這些物種不是在自然界的自然選擇下生存和繁衍，而是在人為的保護和人工控制繁殖下生存，它們勢必會對其它已經(jīng)適應自然界的物種產(chǎn)生不良影響。

轉基因動植物的大量產(chǎn)生及應用會導致基因污染，即指在天然的生物物種的基因中摻雜進人工重組的基因。這些外來基因可隨被污染的生物的傳播而發(fā)生擴散?；蛭廴臼且环N可以增和不斷擴散的污染，是無法清除，是一種特殊而又非常危險的環(huán)境污染。國外已有報道“超級雜草”。轉基因玉米﹑油菜﹑引入了抗除草劑基因，當除草劑藥水進行噴灑即可清除周圍的野草，而對具有抗性的玉米﹑油菜不受影響。但如果這種抗除草劑基因擴散到大田中去，使一些野草感染了這種基因出現(xiàn)了“超級雜草”，這種“超級雜草”的蔓延不可控制，一般的除草劑對它根本不起作用。

4. 2  克隆技術的應用強烈沖擊著我們已有的倫理道德。

核移植克隆技術有兩種：胚胎細胞的克隆技術和體細胞克隆技術。胚胎細胞是一種還沒有分化而且有全能性的細胞，在胚胎中含有父母雙方的遺傳信息，嚴格地說，這種不屬于無性生殖。后者是利用體細胞的細胞核進行核移植，進而促使其發(fā)育成個體，多利羊就是這樣產(chǎn)生的。

體細胞克隆技術的突破，在實際應用中可解決以下幾個問題：（1）加快繁殖良種和搶救瀕危動物。如一些生殖率低，死亡率高的虎和大熊貓等；（2）有助于男性不育者獲得自己的后代。可以從不育丈夫身上的體細胞取出核，植入妻子已去核的卵中，使其發(fā)育到囊胚期再植入妻子子宮中，出生的孩子就是夫妻貨真價實的結晶；（3）用來克隆供移植用的器官。

但是問題是，如第（2）種情況下，妻子生下來的孩子是父子關系，還是兄弟關系呢？恐怕是后者。所以當多利成功克隆出來后，社會普遍關注的是，人的復制還有多遠，一旦人的復制成功，其后果不堪設想。

4. 3  人類基因組問題

全基因組測序及功能基因組學、后基因組學的研究揭示, 人類的健康、疾病、行為等都與基因有關, 這可能會產(chǎn)生“遺傳泛化”現(xiàn)象, 簡單地將行為、才能和健康狀況歸咎于基因, 如某個人很自私，就肯定在他身上有一個自私基因，吸煙無度的人體內(nèi)有嗜煙的基因，等等。這種遺傳決定論可能會使人類忽視影響自身健康、行為的社會、經(jīng)濟問題, 逃避應有的社會責任，如具有不良行為、不道德行為甚至走向犯罪的人可以據(jù)此狡辯，說這不是他要這樣做的，犯罪基因天生在他的體內(nèi)。

還有, 在對我們?nèi)祟愖陨砘蛟絹砬宄那闆r下, 可能會引發(fā)在教育、求職和保險中的遺傳歧視, 也會引起對隱私權和公民自由權的重新審視。

  科學技術應該服務于全社會，但有不能危及人類本身。所以需要人們對高科技發(fā)展產(chǎn)生餓負面效應有足夠的重視，提出合理的措施，去解決它，這是生物學家和社會學家共同面臨的任務。當然遺傳學引發(fā)的這些社會問題, 我們有理由相信，經(jīng)過努力應該是可以解決或加以限制的。

基因組學與進化

                -—— 一位大三學生

1．基因組學的歷史、現(xiàn)狀和未來

所有生命都具有指令其生長和發(fā)育、維持其結構與功能所必需的遺傳信息，生物所具有的攜帶遺傳信息的遺傳物質總和稱為基因組。基因組學是研究生命體全部遺傳信息的一門科學?；蚪M學是一門年青的學科，隨著基因組學的迅速發(fā)展，生命科學已經(jīng)從傳統(tǒng)的單個基因的研究轉向對生物整個基因組結構與功能的研究，正從全新的視角研究與探討生長與發(fā)育、遺傳與變異、結構與功能、健康與疾病以及進化等生物學與醫(yī)學基本問題的分子機理。

1.1 遺傳學基因理論的發(fā)展

    基因組學與遺傳學關系密切，基于對基因的結構和功能的研究而興起的基因組研究和生物技術，是遺傳學基礎理論和實踐應用的兩個前沿領域，也是今后遺傳學發(fā)展的主要方向。另一方面，遺傳學的發(fā)展是基因組學誕生、發(fā)展和繁榮的基礎，因此我們也可以認為基因組學的歷史也是遺傳學發(fā)展的歷史?？v觀遺傳學的發(fā)展史，遺傳研究的發(fā)展有三個階段，即從Heredity(以生物外部表現(xiàn)型為主的數(shù)量遺傳研究)→Genetics (以生物體內(nèi)染色體為主的細胞遺傳研究)→Genics(以染色體上核酸為主的分子遺傳研究) 。其中基因的研究是重點，可以認為遺傳學發(fā)展的里程碑都是與對基因認識的不斷加深有關的。

遺傳的基本原理是又孟德爾揭示的，他于1865年發(fā)現(xiàn)的豌豆雜種后代性狀分離和自由組合的遺傳規(guī)律，并沒有得到當時學術界的重視，在被埋沒了35年后才被3位科學家重新發(fā)現(xiàn)，由此確認孟德爾是先驅者。這樣，在1900年宣告了遺傳學的誕生。孟德爾在揭示其豌豆雜交試驗結果時認為，生物的生殖細胞中含有控制性狀發(fā)育的遺傳因子（Hereditary factor）,這里的遺傳因子則是基因的前身。

1902年和1903年美國的W.S.Sutton證明了減數(shù)分裂的意義，并提出了遺傳的染色體理論。他認識到染色體行為與性狀的孟德爾分離之間的平行現(xiàn)象。這時就誕生了細胞遺傳學。

1905年丹麥的W.L.Johannsen創(chuàng)造了基因（Gene）、基因型(Genotype)和表現(xiàn)型(Phenotype)這些遺傳術語?；虍敃r只是代表生物體某個性狀的一個抽象符號，隨著研究的深入，它不斷被賦予新的科學內(nèi)涵。

1906年英國的W.Bateson在他的工作中提出了遺傳學(Genetics)的概念。他的重要貢獻還在于發(fā)現(xiàn)了豌豆某些控制顏色和花粉粒性狀的基因在染色體上是連鎖遺傳的。在此基礎上美國的T.H.Morgan在果蠅中發(fā)現(xiàn)了交換連鎖定律，并成為孟德爾遺傳第三大定律。摩爾根證實基因是以線性形式排列在染色體上，在染色體上占有一定的位置。基因的傳遞同基因所在的染色體的傳遞是連鎖的。代表特定性狀的特定基因與某一條特定染色體上的特定位置聯(lián)系起來。基因不再是抽象的符號而是在染色體上占有一定空間的實體——賦予基因以物質內(nèi)涵。1933年由于摩爾根對基因理論的發(fā)展而成為第一位在遺傳學領域內(nèi)獲得諾貝爾醫(yī)學與生理學獎的學者。

接下來的問題就是要解決到底基因是什么，即基因的化學本質是什么。在早期人們普遍認為蛋白質是遺傳信息的載體，因為核酸對很多人來說結構和化學成分相對蛋白質要太簡單了。但是基因理論是不斷向前發(fā)展的。1928年格里菲斯(Frederick Griffith)發(fā)現(xiàn)了一種可以在細菌之間轉移的遺傳分子。1929年列文(Phoebus Levene)提出DNA的化學成分和基本結構。1944年Oswald Avery, Colin Macleod和Maclyn McCarty證實，Griffith發(fā)現(xiàn)的遺傳分子就是DNA。1948年查加夫(Edwin Chargaff)發(fā)現(xiàn)核酸中四種堿基的含量比例是一定的。1951年富蘭克林(Rosalind Franklin)拍攝到了核酸的X射線衍射照片。1952年Alfred Hershey和Martha Chase 利用病毒證實，傳遞遺傳信息的是DNA而不是蛋白質。由此DNA 是遺傳信息的載體已成為人們的共識。

1953年4月25日出版的《Nature》雜志刊登了沃生（J.D.Watson）和克里克(F.H.Crick)的研究論文“核酸的分子結構—脫氧核糖核酸的結構”，標志著遺傳學以及整個生物學進入分子水平的新時代。對基因的認識仍然在不斷加深。1957年克里克發(fā)表《論蛋白質合成》的演講，提出DNA制造蛋白質的概念。1959年Jerome Lejeune發(fā)現(xiàn)唐氏綜合征是人類最早發(fā)現(xiàn)的因染色體缺陷造成的疾病。1960年Sydney Brenner, Francis Crick，F(xiàn)rancois Jacob和Jaque Monod發(fā)現(xiàn)信使RNA(mRNA)。1961年Fran?ois Jacob 和 Jacques Monod提出在分子水平上特定基因被激活或抑制的機制。1966年Marshall Nirenberg，Har Gobind Khorana和Robert Holley闡明遺傳密碼。人們認識到基因是DNA分子的一部分，控制著蛋白質的合成。

基因理論還在不斷的充實著。1955年Benzer在T4 噬菌體感染大腸桿菌的試驗中提出了順反子(cistron)的概念。順反子的研究表明，基因不是最小的遺傳單位，基因仍然是可分的，并非所有的DNA序列都是基因，而只是有其中某一特定的多核苷酸區(qū)段才是基因的編碼區(qū)。1961年法國的F.Jacob和J.Monod發(fā)表了關于蛋白質合成的調控的著名論文，提出了操縱子（operon）模型。隨著基因結構與功能的深入研究，基因概念不斷擴展，基因的類型越來越多，包括：功能基因(function gene)、看家基因（housekeeping gene）、假基因（pseudogene）、斷裂基因（split gene）、跳躍基因（jumping gene）、單拷貝基因（single copy gene）、多拷貝基因（multi copy gene）、重疊基因（overlapping gene）、基因家族（multigene family）、基因簇（gene cluster）、同源異型框基因（homeobox gene）等。

1.2 基因操作技術與測序技術的發(fā)展

在對基因的認識不斷加深的同時，基因結構分析技術也在不斷的發(fā)展。1968年，獲得第一個純化的限制酶。1973年，發(fā)表仙臺病毒SV40基因組限制酶位點物理圖，報道第一個質粒DNA克隆。1977年Walter Gilbert，Allan M. Maxam和Frederick Sanger開發(fā)出DNA測序技術。1978年David Botstein開創(chuàng)核酸限制性片段長度多態(tài)性分析技術，用于標志不同個體間的基因差別。1982年GeneBank數(shù)據(jù)庫建立。1983年Kary Mullis發(fā)展聚合酶鏈式反應（PCR）技術。1984年Alec Jeffreys發(fā)明了基因指紋技術，可以用人的頭發(fā)、血液和精液等來鑒定身份。1984年發(fā)明分離大分子DNA的交變電場電泳裝置。1986年熒光標記測序法誕生，Leroy Hood開發(fā)自動測序機。1987年第一份人類遺傳連鎖圖和大腸桿菌基因組物理圖發(fā)表，報道YAC克隆技術。1988年自動PCR儀誕生。分子生物學技術的發(fā)展為基因組的實際測序提供了基本的技術保證。

1.3 人類基因組計劃的重大歷史事件

美國病毒學家R·杜爾貝科在1986年3月7日的《science》雜志上發(fā)表了一篇題為《癌癥研究的轉折點--人類基因組的全序列分析》的文章，他指出：“人類DNA序列是人類的真諦，這個世界上發(fā)生的一切事情，都與這一序列息息相關。”該文后來被稱為“人類基因組計劃”的“標書”。1990年美國國會批準了“人類基因組計劃”，由多國科學家參加、被稱為“生命科學阿波羅計劃”的人類基因組計劃正式啟動。1991年人類基因圖數(shù)據(jù)庫正式建立。1992年人類染色體低分辨率的基因聯(lián)系圖出版。BAC克隆技術問世。1993年國際基因分子表達式分析組織(IMAGE)開始建立起有效的基因圖和cDNA基因序列。PAC克隆技術問世 。 1994年基因圖5年計劃提前一年完成。完成了每個人類染色體的繪制。1995年鳥槍法完成流感嗜血桿菌基因組測序，發(fā)表人類基因組YAC重疊群物理圖和STS物理圖。1996年有30000個序列的人類基因圖的細節(jié)被描繪出來。完成酵母基因組和第一個古細菌詹氏甲烷球菌基因組測序。1997年完成大腸桿菌基因組測序。1998年完成第一個多細胞生物線蟲基因組測序。1999年Celera Genomics宣布該公司的人類基因組測序計劃，完成人類22號染色體測序。2000年完成果蠅基因組測序，國際人類基因組測序聯(lián)合體與Celera Genomics聯(lián)合宣布完成人類基因組草圖順序 。2001年中美日德法英６國科學家和Celera Genomics聯(lián)合公布人類基因組圖譜及初步分析結果。完成第一個植物擬南芥基因組測序。2002年公布了人類基因組“精細圖”，即完全覆蓋人的基因組，準確率超過99.99%的全ＤＮＡ序列圖。完成第一個禾本科植物水稻基因組測序。2003年4月14日六國科學家經(jīng)過13年的努力共同繪制完成了人類基因組序列圖。

1.4 基因組學的前景展望

人類基因組測序協(xié)作組發(fā)表在2001年2月15日的《Nature》的關于人類基因組序列論文的倒數(shù)第二句是這樣：“我們對人類基因組知道得愈多，我們需要探索的領域也就愈多?！边@句話深刻的闡明了在獲得了人類基因組序列之后，人們需要解決的問題實際上更加多了?；蚪M學是生物、醫(yī)學、化學、物理、數(shù)學、工程和計算機科學的交叉的產(chǎn)物，又是這些學科共同的研究對象?；蚪M學的發(fā)展衍生出了很多新的學科，如轉錄組學、蛋白質組學、疾病基因組學、比較基因組學、代謝基因組學、功能基因組學等、生物信息學等，基因組學的發(fā)展是生命科學的研究從單一基因的層次上升到整個基因組的研究視角，因此我們可以說基因組學是生命科學的前沿學科。

2003年第422期的《Nature》雜志上刊登了美國國家人類基因組計劃研究所的Francis S. Collins等幾位研究人員的報告，報告對基因組學研究的前景進行了展望。對基因組研究的展望分為三個主題（基因組學與生物學，基因組學與健康，基因組學與社會）和六個橫切面。這三個主題就像一個建筑的三個樓層，建立在人類基因組計劃的堅實基礎上。六個重要橫切面與所有三個主題相關。它們是：資源、技術發(fā)展、計算生物學、培訓、倫理、法律和社會應用（ELSI）以及教育。

主題I. 基因組學與生物學：闡明基因組的結構和功能

重大挑戰(zhàn)I-1 全面鑒定人類基因組所編碼的結構和功能成分。

重大挑戰(zhàn)I-2 闡明遺傳網(wǎng)絡和蛋白質作用路徑的組織方式，確定它們?nèi)绾卧诩毎徒M織表型的形成中起作用。

重大挑戰(zhàn)I-3 發(fā)展對人類基因組的可遺傳變異的詳細理解。

重大挑戰(zhàn)I-4 理解物種間的進化變異及其機制。

重大挑戰(zhàn)I-5 制定相關政策以促進基因組信息在科研和醫(yī)療范圍中的廣泛應用。

主題II. 基因組學與健康：把基于基因組的知識轉化為人類健康的福祉

重大挑戰(zhàn)II-1 開發(fā)用于鑒定產(chǎn)生疾病和藥物反應的遺傳因素的強有力戰(zhàn)略。

重大挑戰(zhàn)II-2 發(fā)展檢出維持良好健康和抗病基因變異的戰(zhàn)略。

重大挑戰(zhàn)II-3 發(fā)展基于基因組學的方法來預測疾病的敏感性和藥物反應，疾病的早期檢驗，以及疾病的分子分類。

重大挑戰(zhàn)II-4 應用新的基因和代謝通路的知識開發(fā)有效的、新的疾病治療方法。

重大挑戰(zhàn)II-5 研究遺傳風險信息怎樣應用在臨床實踐，這些信息如何影響健康戰(zhàn)略和行為，以及這些信息如何影響健康結果及成本。

重大挑戰(zhàn)II-6 發(fā)展基于基因組的工具來改善大眾的健康狀況。

主題III. 基因組學與社會：促進基因組學的應用，最大程度地發(fā)揮效益，將危害降到最低

重大挑戰(zhàn)III-1為基因組學在醫(yī)療和非醫(yī)療機構的使用制定政策。

重大挑戰(zhàn)III-2 了解基因組學、人種和種族劃分之間的關系，以及揭示這些關系的后果。。

重大挑戰(zhàn)III-3 了解揭示基因組對人的特征和行為之影響的后果。

重大挑戰(zhàn)III-4 評價如何界定基因組學應用的倫理界限。

縱觀三大主題與面臨的諸多重大挑戰(zhàn)，我們可以看到基因組學的前景是非常廣闊的，但要充分認識各種生命活動過程，還需要很長的路要走，而要到達根據(jù)人類基因組信息為醫(yī)學問題提供顯示可行的解決方案的目標，道路將更加漫長。而科學家在不斷把各種研究和技術推進的同時，需要保證公眾的知情權和理解，相關的倫理、法律和社會學研究以及教育、培訓工作也要與科學發(fā)展同步。可以這么說，人類基因組序列測定的完成只是基因組學的一個小小的序幕。

2. 進化生物學的歷史、現(xiàn)狀與未來

2.1 解釋進化所要面臨的問題

     進化是生物學中最重要的概念。如果不考慮進化的話，對生物學中任何為什么的問題都無法得出確切的答案。一些宗教創(chuàng)始人和哲學家也在研究進化問題。歷史表明，事實上，進化問題在根本上受著哲學理論的影響，每一個進化研究者都持有一定的哲學立場，每一個進化理論的誕生都有其自身的哲學理論基礎。根據(jù)這些哲學理論，可以劃分為三種類型：（1）世界的歷史漫無邊際。古希臘哲學家亞里斯多德相信這個世界一直存在。（2）世界是恒定不變的，而且歷史很短。認為世界是一個全能上帝創(chuàng)造出來的信念被稱作特創(chuàng)論。有些神學家根據(jù)《圣經(jīng)》中的種系學得出結論：世界是在距今較近的事件，公元前4004年創(chuàng)造出來的。顯然這些與大量的科學事實不符。（3）世界是進化的。按照這種世界觀，這個世界的歷史很久遠，而且一直在發(fā)生著變化，即世界是逐漸演化的。進化論則是以此為基礎的。

對于任何一個問題，我們都會問是什么（what）、什么時候（when）、為什么（why）以及如何這樣（how）。對于進化，這三個問題分別對應著什么是進化，什么在進化?進化是什么時候開始的，生命是何時起源的？為什么發(fā)生進化，進化變化的原因是什么，即進化的動力問題。最后是進化是如何發(fā)生的，即進化的機制。進化研究中還有很多爭論的熱點問題，如物種是如何產(chǎn)生出來的？進化進程是漸進的還是不連續(xù)的？進化的方向是確定的還是不定的？正是這些存在的問題推動了進化研究的不斷發(fā)展。

2.2 建立在不同哲學基礎上的進化論

2.2.1 建立在本質論基礎上的進化論

從古代到達爾文時代，本質論是人們廣泛堅持的世界觀。本質論的創(chuàng)立者是畢達哥拉斯學派和柏拉圖，該理論認為所有表面上變化的自然現(xiàn)象都可以歸入到若干類別中。每一個類別都有其自己明確的特征。這種本質是恒定的，而且與所有其他本質截然不同。

嬗變論：進化的發(fā)生是通過新物種或者新類型的產(chǎn)生，而新物種或新類型又通過突變或者跳躍進化產(chǎn)生。

轉型論：進化的發(fā)生是通過現(xiàn)存的物種或者類型轉變成一種新的物種或者類型，其方式為：(1)通過環(huán)境的直接影響，或者是通過現(xiàn)存表現(xiàn)型的使用與廢棄。（2）通過內(nèi)在的驅動力走向一個確定的目標，特別是走向完美。（3）通過已獲得性狀的遺傳。

2.2.2 建立在群體思想基礎上的進化論

群體思想強調生物界中的萬物都有其獨特性。所有生物及生命現(xiàn)象都由獨特的特征所構成，只能從統(tǒng)計學的角度，從群體上對生物和生命現(xiàn)象進行描述。個體或者任何種類的生命實體形成了群體，對于群體我們能夠確定其算術平均值和變異的統(tǒng)計學特征。群體思想使生物學中最重要的概念之一，它是現(xiàn)代進化理論的基礎，是生物學哲學的基本構件。

達爾文的進化理論主要由5個相互獨立的理論所組成：（1）物種并非恒定不變（基本的進化理論）。(2)所有生物都來自于共同的祖先（分支進化）。（3）進化是逐漸的（不存在跳躍，布存在間斷）。（4）物種的增殖（多樣性的起源）。（5）自然選擇。

2.3 誕生在分子生物學時代的分子進化中性學說

在分子生物學誕生以前，進化研究主要依賴于化石以及形態(tài)比較和比較解剖學的研究。分子生物學的發(fā)展為分子遺傳學奠定了基礎，也使科學家能在分子水平探索進化的機制。分子進化和表現(xiàn)型進化是有不同的。分子進化有兩個顯著特征：首先，分子進化速率恒定，在每個蛋白質或基因區(qū)域，每年每個位點上的氨基酸或核苷酸替換的速率大約是恒定的。其次，進化的改變是保守性質的，就是功能上次要分子的部分比那些主要分子的部分進化要快些。

中性學說與達爾文的自然選擇進化論有明顯的差別。中性學說認為在分子水平上覆蓋著多數(shù)的進化改變，是在連續(xù)產(chǎn)生突變時，由于選擇中性(即選擇相等)，使突變得到隨機的固定(即小群體內(nèi)，樣本的隨機漂變)。還認為在分子水平上，大多數(shù)的種內(nèi)變異(如蛋白質和DNA多態(tài))是選擇中性或近于中性，它們能夠保持在種內(nèi)是由于突變的產(chǎn)生和隨機消失之間的平衡引起的。中性學說也不否認適應進化的意義，它承認至少有很小一部分突變具有適應意義而受到自然選擇的惠顧，但是自然選擇是次要的進化因素。

中性學說提出之后，一些學者強調中性學說與自然選擇說學的矛盾對立，或者認為兩者之間必有一個是真理，一個是謬誤。但是，我認為中性理論與自然選擇理論并不是完全的對立，正如戈爾德說得，“科學發(fā)展史不能簡單地歸結為正確與錯誤的斗爭”，新、舊理論的代替并不絕對的代表正確的取代錯誤的。正確理論中有錯誤、錯誤理論中也含有正確的東西。達爾文的自然選擇學說到現(xiàn)在也進行了多次的修正。新的理論的出現(xiàn)是對舊理論的檢驗，將推動整個學科的發(fā)展。

2.4 進化學說的分類

百年來，新舊進化學說的這個爭論總是圍繞著下面三個主題，即進化的動力是什么，進化是否有一定方向，進化的速度是否恒定，是漸進的還是跳躍的？按照上述三個方面的不同觀點，可以將各種進化學說分類。

進化動力：（1）外環(huán)境為主。一些進化論學說強調環(huán)境對生物體的直接作用，認為外環(huán)境的改變是推動生物進化的動力。如布豐學說，新災變論等。（2）內(nèi)因為主。如經(jīng)典的拉馬克主義。（3）外環(huán)境與內(nèi)因結合（遺傳突變+選擇作用）。達爾文學說和現(xiàn)代綜合論主張進化的動力來自生物內(nèi)在因素與環(huán)境的選擇作用相結合。（關于進化動力，我認為也是外環(huán)境與內(nèi)因結合。這里我想強調的是內(nèi)因不僅僅只是遺傳突變，還應該包括其他因素。因為從生態(tài)學的角度來看，環(huán)境與生物之間是相互作用的，這種作用是相互的，環(huán)境對生物有自然選擇作用，最終導致生物對環(huán)境的適應。而另一方面生物也影響著環(huán)境，從而在一定程度上，這種影響也間接的影響著生物自身的進化，盡管這種間接的影響還是通過環(huán)境。這就好比是說，我們已經(jīng)知道了環(huán)境對生物的自然選擇作用，我們還應該了解，環(huán)境為什么變化，環(huán)境怎樣變化。）

進化方向：（1）定向的，進步的。如拉馬克主義。（2）不定向的。達爾文學說和現(xiàn)代綜合論認為進化是適應局部環(huán)境，進化的方向是由環(huán)境控制的。而隨機論認為進化是隨機的、偶然的、無向的。

進化速度：（1）漸變的，基本是勻速的。如達爾文學說和現(xiàn)代綜合論。（2）跳躍的，不勻速的。如斷續(xù)平衡論、新災變論。（3）恒定的，如分子進化中性學說。

3．基因組學與進化生物學的交叉

關于孟德爾定律為什么會埋沒35年后才被重新發(fā)現(xiàn)，其中社會學原因的一個觀點是，自1859年《物種起源》發(fā)表以后，當時正處在所謂的“達爾文時代”，孟德爾學說的光輝被遮住了。這種看法將達爾文的進化論與遺傳學割裂開來。事實上，達爾文本人十分關注遺傳問題，自然選擇的中心問題就是遺傳學問題，而他對自己的泛生論遺傳學以及前人的獲得性遺傳一開始并不滿意。應該說，遺傳學的突破恰恰是達爾文主義者所期盼的事情。由此我們可以說，遺傳學從一開始就注定要與進化生物學交叉，而作為遺傳學研究的前沿領域和以后的發(fā)展方向的基因組學也從它開始誕生之日起，也就必定要與進化生物學交叉形成新的學科—進化基因組學。正如著名的遺傳學家T.杜布贊斯基所說的，“只有借助進化論，生物學才有意義”。

3.1 基因組的進化

3.1.1 C值與C值伯倫悖理

C值是指一個單倍體基因組中DNA的總量。一個特定的種屬具有特征的C值。不同生物基因組DNA含量差別很大，不同進化地位的生物基因組DNA含量的總的趨勢是：隨著生物結構與功能復雜性的增加，各分類單元中最小基因組的大小隨分類地位的提高而遞增。但是生物的復雜性與基因組的大小并不完全成比例增加。在進化上魚類和兩棲類比哺乳類低，但其中有些魚類和兩棲類比哺乳類的C值高。哺乳類的C值在2-3pg，而兩棲類的C值在1—100pg。這種看來有點反常的現(xiàn)象稱為C值悖理，使復雜生物基因組的一個普遍特征。

基因組大小的進化有兩種進化途徑：或者向高效的“小基因組”發(fā)展，或者向復雜的“大基因組”發(fā)展。原始基因組若向“小基因組”方向進化，是由于效率選擇壓力大，而且有空間大小的約束。這種進化使基因組趨向于只含必需序列，非必需的重復序列和內(nèi)含子在進化過程中就被丟掉了。若向“大基因組”方向進化，是由于效率選擇壓力小。這種進化使基因組中的重復序列和內(nèi)臺子可以與必需基因共存及發(fā)展，并起著結構上與進化上的作用，同時也使基因組大小的變化范圍可以很大。當然這里還有一個最小基因組問題，及一個大的類群進化過程中所需的最小基因組大小。

3.1.2 生物復雜性與基因數(shù)量的非線性關系

一般認為基因組中基因數(shù)量與生物復雜性相關。與C值矛盾一樣，生物體的基因數(shù)量并未是人們預想的那么多。HGP研究表明人的基因僅為30000左右，僅是原核生物基因的5倍左右，比線蟲基因多1/3，僅是果蠅基因的2倍，如果從生物體的復雜度來講這是不可思議的。對模式生物研究發(fā)現(xiàn),多細胞生物體有11,000～15,000種蛋白基因,就基本保證多細胞生物體發(fā)育和對外環(huán)境反應的生命需要,這些基因被稱為“基本基因”。在“代謝”和“能量”方面從原核到真核,從單細胞到多細胞,從植物到動物所需要的基因是保守的。單細胞與多細胞相比,就需要多的細胞信息的交流和信號的傳導基因。對高等生物來講,就需要一些其它基因以適應外界環(huán)境。大的基因組并不意味著更多的基因, 這就是說, 基因功能比基因數(shù)量更重要，基因向著多效基因或者多功能基因的方向進化?？梢韵胂?，在基因的網(wǎng)絡調控網(wǎng)絡中，有很多個節(jié)點，每個節(jié)點代表一個基因，節(jié)點放射出的一條與其他節(jié)點相連的線代表基因間的互作，節(jié)點數(shù)目的增加與單位節(jié)點間連線數(shù)目的增加是等效的。

3.1.3 新基因的起源

新基因的起源無疑是基因組進化中最重要的也是最誘人的方面，新的基因與結構是生物進化在分子水平的標志。目前人們已經(jīng)認識到多種新基因的起源的方式：基因復制（gene duplication）、鑲嵌基因（mosaic genes）、從頭起源（de novo gene formation）、水平基因轉移（lateral gene transfer）、正向選擇與中性選擇（positive selection and the neutral theory）、DNA變異中的鏈不對稱性（strand asymmetry in DNA mutation）、基因組定位對變異速率的效應（effects of genomic location on mutation rates）。

3.1.4 基因組結構的進化

隨著新基因的產(chǎn)生與生物復雜性的增加，基因組的結構也在不斷發(fā)生變化以適應生物復雜性的要求。真核生物的基因組與原核生物基因組相比，最大的區(qū)別是真核生物具有大量的內(nèi)含子以及非編碼序列，原核生物無內(nèi)含子但是其具有操縱子。盡管真核生物無操縱子，但是我們都知道真核生物基因組中一些基因根據(jù)功能是成簇排列的。同時也有研究表明，基因組中，鄰近基因的共調控要比隨機的頻率要高很多。

除了基因組成的相似性, 在不同基因組中基因排列順序的一致性更能夠體現(xiàn)基因組的共同起源, 這種基因排列順序的一致性稱為共線性(synteny, colinearity) 。在進化過程中, 基因共線性被各種因素所破壞, 包括轉座、 插入、染色體重排、區(qū)段加倍和缺失，進化距離越遠的物種之間基因共線性越差, 因而兩個物種之間的共線性程度可以作為衡量它們之間進化距離的尺度。

3.2 進化在基因組學研究的作用

完成基因組測序僅僅是基因組計劃的第一步，更大的挑戰(zhàn)在于弄清：基因組順序中所包涵的全部遺傳信息什么；基因組作為一個整體如何行使其功能。這兩項任務都必需依賴于對基因組順序的正確注解或詮釋 。利用已存入數(shù)據(jù)庫中的基因順序與待查的基因組序列進行比較，從中查找可與之匹配的堿基順序及其比例用于界定基因的方法稱為同源查詢（homology search），它可彌補ORF掃描的不足。同源查詢的依據(jù)是，現(xiàn)有生物的不同種屬之間具有功能或結構相似的直系基因成員，它們在起源上一脈相承，其間存在保守的順序組成。同一物種中因基因重復產(chǎn)生的基因家族也有保守的序列特征。同源查詢還可提供基因功能的參考，目前這一技術已成為界定基因的主要工具之一。

3.3 基因組學對進化研究的影響

對基因組的結構與功能以及起源的比較基因組學研究提供了進化過程與模式的分子水平的證據(jù)，為闡明進化的本質與機制提供依據(jù)。

基因組學的研究提供了檢驗各種進化理論的工具。Justin C.Fay, Chung-I Wu利用果蠅的基因組數(shù)據(jù)檢驗了分子進化的中性學說，發(fā)現(xiàn)適應進化的速率要比中性學說所允許的要高很多。

基因組數(shù)據(jù)能夠更準確完整地構建生物系統(tǒng)發(fā)育進化樹。分子生物學的發(fā)展為生物系統(tǒng)發(fā)育的研究提供了巨大的發(fā)展契機。C.R.Woese對多達千余種生物的rDNA序列比較的結果，三個域即把現(xiàn)存生命分為古細菌、真細茵和真核生物，這一分類盡管遭到一些學者的反對,但生命科學的兩大國際互聯(lián)網(wǎng)NCBI和EBI均以此三域理論歸類它們的基因組全序列數(shù)據(jù)庫。以往構建系統(tǒng)發(fā)育進化樹或者是根據(jù)DNA多態(tài)性檢測的結果，或者是根據(jù)某一個單一基因的序列分析結果，依據(jù)這些結果構建得到的進化樹往往不太能夠反應真實情況，不同DNA檢測方法，不同基因的序列分析結果可能得出不一樣的進化樹.只有從基因組的層次構建生物的系統(tǒng)發(fā)育進化樹才是最符合真實情況的。可以預測，隨著生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和基因組測序技術的發(fā)展與成本的降低，完全依據(jù)基因組數(shù)據(jù)構建得到系統(tǒng)發(fā)育進化樹不再是夢想。

后基因組學的蛋白質組學得到的蛋白質結構與序列信息也為進化研究提供了基礎。一方面，蛋白質由20種氨基酸構成，其多態(tài)性要遠大于只有4種核苷酸的DNA，且存在第二遺傳密碼子，能提供更多的關于進化的信息。另一方面，蛋白質是DNA編碼翻譯的產(chǎn)物，是生命活動的執(zhí)行者，是被選擇的直接對象。對蛋白質的進化研究對于闡明蛋白質的結構與功能及其進化機制，以及選擇是如何進行的都具有十分重要的意義。