遺傳學(xué)、基因組學(xué)和植物分子生物學(xué)，是如何發(fā)展至今的？

一、列文虎克、施萊登與孟德爾
遺傳的故事都要從孟德爾開始講起！
四五百年來，植物的整理和探索。明清時代，李時珍撰寫《本草綱目》收錄藥物1892種、瑞典林奈撰寫《自然系統(tǒng)》，創(chuàng)立綱目科屬種的分析系統(tǒng)。技術(shù)方面，英國羅伯特胡克制成顯微鏡，撰寫《顯微術(shù)》，并命名了次觀察到木塞細胞（死細胞）。胡克的研究主要集中在力學(xué)和光學(xué)方面，與牛頓是同時代的人。荷蘭的眼鏡工匠師列文虎克磨制出凸透鏡適當?shù)呐浜掀饋恚箍梢詫⑽矬w放大200~300倍。1674年，列文虎克發(fā)明了世界上臺光學(xué)顯微鏡，很快利用這臺顯微鏡觀察到了血紅細胞（活細胞），證明毛細血管層的存在，描述了昆蟲、狗和人的精細胞。他也是個用顯微鏡看到細菌和原生動物的人。除了上述，描述生物學(xué)理論和技術(shù)的發(fā)展；與此同時，比利時醫(yī)學(xué)與化學(xué)家海爾蒙特，與伽利略同時代，繼承伽利略等人的思想，做了柳樹實驗，開啟植物光合作用的實驗生物學(xué)研究。

系統(tǒng)分類、光學(xué)顯微鏡、細胞、微生物、植物光合作用等詞由此而生。
時間跨過1800年，德國植物學(xué)家施萊登，與達爾文同時代，受到做植物生理學(xué)研究叔父的影響，投入并繼續(xù)使用顯微鏡和各種實驗技術(shù)，開始植物胚胎學(xué)方面的深入研究。這對施萊登一生的科學(xué)活動起了決定性影響。施萊登根據(jù)他多年在顯微鏡下觀察植物組織結(jié)構(gòu)的結(jié)果，認為在任何植物體中，細胞是結(jié)構(gòu)的基本成分；低等植物由單個細胞構(gòu)成，高等植物則由許多細胞組成。發(fā)表論文《論開花植物胚株的發(fā)育史》首篇論文，《植物發(fā)生論》研究了植物細胞的形成，在這個基礎(chǔ)上，施萊登提出了植物細胞學(xué)說。又撰寫《植物學(xué)概論》、《植物及其生活》等書籍。與此同時，英國達爾文完成環(huán)球航行，撰寫了《物種起源》一書，提出生物進化學(xué)說，書中達爾文提到了遺傳原材料是變異。并記錄了在航行船上觀察到的植物向光生長現(xiàn)象，撰寫《植物的運動力》。

細胞、植物學(xué)、植物發(fā)生、細胞發(fā)生、遺傳、變異、植物向光性等詞由此而生。

時間進入1865年孟德爾的時代，奧地利遺傳學(xué)家孟德爾，與達爾文同時代，受到園藝家庭背景的影響，進入維也納大學(xué)深造，受到相當系統(tǒng)和嚴格的科學(xué)教育和訓(xùn)練。孟德爾受到德國統(tǒng)計學(xué)家恩格爾（同時是細胞理論的推動者）的影響，與自己長期思索，認識到理解那些使遺傳性狀代代恒定的機制更為重要。1856年，從維也納大學(xué)回到修道院不久，孟德爾就開始了長達8年的豌豆實驗。孟德爾使用統(tǒng)計學(xué)理論、豌豆人工培植技術(shù)和大量的實驗，發(fā)現(xiàn)了生物遺傳的基本規(guī)律，并得到了相應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系式。人們分別稱他的發(fā)現(xiàn)為“孟德爾定律”（即孟德爾遺傳分離規(guī)律）和“孟德爾第二定律”（即基因自由組合規(guī)律），它們揭示了生物遺傳奧秘的基本規(guī)律。

遺傳、遺傳學(xué)、性狀、表型、遺傳因子等詞由此而生。

二、薩頓與摩爾根
直到1900年孟德爾逝世16年后，他的遺傳學(xué)說才又被人們重新發(fā)現(xiàn)。3:1的性狀分離比的遺傳現(xiàn)象引起了的注意，但是更好的解釋還是孟德爾遺傳定律。美國遺傳學(xué)家沃爾特薩頓，在導(dǎo)師威爾遜已經(jīng)提出“每一個生命科學(xué)問題的答案都必須在細胞中尋找”的論斷后，率先在1902年觀察發(fā)現(xiàn)細胞中存在成對的染色體成，指出染色體就是孟德爾在其工作中假設(shè)的遺傳因子（孟德爾的工作被重新發(fā)現(xiàn)才兩年）。1903年，他在另一篇論文中堅持認為：染色體帶有基因；每個性細胞只具有一對染色體，具有哪是一對是隨機決定的。并將遺傳因子改名為基因。

接著是時間進入摩爾根的時代，美國遺傳學(xué)家摩爾根，由于長期研究果蠅對孟德爾遺傳定律存有質(zhì)疑。他認為這些定律可能只適合于豌豆而不適用于其他生物。摩爾根著手建立了果蠅實驗系統(tǒng)，研究果蠅的性狀到底是怎樣遺傳的。當子二代紅、白果蠅的比例正好是3：1時，摩爾根對孟德爾更加佩服了。摩爾根確信，染色體就是基因的載體！摩爾根還推算出了各種基因的染色體上的位置，繪制果蠅的4對染色體上的基因所排列的位置圖，基因?qū)W說從此誕生。1926年撰寫了《基因論》，對基因這一遺傳學(xué)基本概念進行了具體而明確的描述。

摩爾根進一步提出，染色體上基因存在連鎖群現(xiàn)象，但并不像鐵鏈一樣牢靠，有時染色體也會發(fā)生斷裂，與另一條染色體互換部分基因。基因在染色體上的位置距離越遠，它們之間出現(xiàn)染色體交換基因的頻率就越大。摩爾根在《科學(xué)》雜志上發(fā)表一篇闡述連鎖與互換定律的理論文章，“連鎖與互換定律”是摩爾根在遺傳學(xué)領(lǐng)域的一大貢獻，它和孟德爾的分離定律、自由組合定律一道，被稱為遺傳學(xué)三大定律。

染色體、遺傳學(xué)、連鎖互換、基因突變重組、遺傳連鎖圖、物理圖譜等詞由此出現(xiàn)。

三、德爾布呂克、鮑林、沃森與克里克
1928年，英國醫(yī)生格里菲斯發(fā)現(xiàn)并記錄了肺炎雙球菌遺傳轉(zhuǎn)化實驗，即可是了遺傳轉(zhuǎn)化的研究，也開始了科學(xué)界的次大探討，遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)還是DNA？加拿大化學(xué)家艾弗里率先純化核酸，并驗證DNA是遺傳物質(zhì)，而不是蛋白質(zhì)。德國物理學(xué)家德爾布呂克（與李比希是親戚）采用最簡單的生物來探討“基因的化學(xué)本質(zhì)是什么”的問題。德爾布呂克與摩爾根關(guān)系甚密，但是研究的果蠅使他感到一籌莫展，因為他認為果蠅過于復(fù)雜而不適應(yīng)于物理學(xué)家慣有的簡單性思維。德爾布呂克選擇噬菌體作為自己做研究的材料，很快和赫爾希、盧利亞、蔡斯等發(fā)現(xiàn)噬菌體以DNA核酸的方式，遺傳轉(zhuǎn)化侵染了大腸桿菌，證明DNA是遺傳物質(zhì)。

噬菌體、大腸桿菌、模式生物等詞由此出現(xiàn)。
美國化學(xué)家鮑林，鮑林在學(xué)習(xí)了量子力學(xué)后，率先將量子力學(xué)應(yīng)用于化學(xué)鍵的研究中，得出關(guān)于有機化合物分子結(jié)構(gòu)的“共振論”，并且成功解析蛋白質(zhì)的a螺旋結(jié)構(gòu)模型。1951年鮑林結(jié)合他在血紅蛋白進行的實驗研究，以及對肽鏈和肽平面化學(xué)結(jié)構(gòu)的理論研究，提出了α螺旋和β折疊是蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)建單元的理論。同時鮑林也是首先想到x-射線衍射晶體結(jié)構(gòu)測試法，引入到蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)測定的人，并且推導(dǎo)了衍射圖譜計算蛋白質(zhì)中原子坐標的公式。鮑林進一步有投入到DNA分子結(jié)構(gòu)解析的工作上來。

英國卡文迪許（研究空氣和引力常數(shù)，與牛頓同時代）實驗室的結(jié)構(gòu)生物學(xué)派的威爾金斯和富蘭克林，在布拉格父子使用X射線研究晶體結(jié)構(gòu)工作的基礎(chǔ)上，研究了手關(guān)于DNA分子結(jié)構(gòu)的圖樣。英國物理家克里克和年輕的美國生物學(xué)者沃森，基于合理的猜想和生物學(xué)知識，于1953年率先解析DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)。終于將基因研究推向分子水平，推動了分子生物學(xué)的誕生。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，進一步促進了DNA半保留復(fù)制方式的發(fā)現(xiàn)和遺傳密碼的研究工作。1961年，遺傳密碼的破譯使得中心法則趨于完善。留下了更多的問題是，基因組序列的破譯工作。

結(jié)構(gòu)生物學(xué)、分子生物學(xué)等詞由此出現(xiàn)。

四、雅各布、莫諾德、萊夫科維茨與克比爾卡
1961年，雅各布和莫諾德提出的乳糖操縱子學(xué)說，詳細研究了大腸桿菌分解乳糖的操縱子模型。發(fā)現(xiàn)基因表達調(diào)控的阻遏機制和模型。提示，基因通常是在阻遏條件下表達的，基因的表達被阻遏蛋白阻遏。在外界信號改變時，信號刺激蛋白質(zhì)活性的改變進而調(diào)劑基因的表達。

萊夫科維次與科比爾卡，1968年，利用放射學(xué)方法追蹤細胞受體變化。與科比可卡揭示了G蛋白偶聯(lián)受體，這一大類受體的工作模式。蛋白質(zhì)相互作用的和受體的尋找等分子水平的工作也慢慢開始。1978年，下村修和約翰森在深海水母中發(fā)下GFP熒光蛋白，有力的推進了生命科學(xué)行業(yè)的發(fā)展。

受體、信號通路、蛋白質(zhì)相互作用、激酶、轉(zhuǎn)錄因子、阻遏蛋白、正負調(diào)控等詞由此出現(xiàn)。

五、史密斯、伯格、菲爾與海洛
1972年，史密斯和伯格等率先使用限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶，實現(xiàn)了對DNA的人工操作和轉(zhuǎn)基因操作。他們利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)所注冊的生物技術(shù)公司，生產(chǎn)了市場上各種蛋白類藥物，如胰島素和人類生長激素等，市值達到3000億元。1992年，菲兒和海洛在微生物中發(fā)現(xiàn)以RNA干擾的方式控制基因信息流動的機制，進而促進了RNAi基因沉默編輯技術(shù)的發(fā)展。2013年，劉大衛(wèi)和張峰等人在微生物中發(fā)現(xiàn)以CRSPR/Cas9的方式控制基因信息流動的機制，直接促進了基因編輯技術(shù)的發(fā)展。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)、基因工程、基因編輯技術(shù)等詞由此出現(xiàn)。

六、Holliday、Fischer和Krebs
1987年，Holliday提出表觀遺傳概念，認為DNA甲基化修飾水平的改變，可以引起基因表達活性的改變。Fischer和Krebs對蛋白質(zhì)可逆磷酸化調(diào)節(jié)糖代謝過程的研究揭開了蛋白在表觀修飾的研究。現(xiàn)代表觀遺傳學(xué)認為，在基因的DNA序列不發(fā)生改變的情況下，基因的表達水平與功能發(fā)生改變，可以產(chǎn)生可以遺傳的表型。主要的表觀遺傳標記存在于染色體的不同水平，包括DNA和組蛋白修飾、組蛋白多樣性、直接結(jié)合與DNA或組蛋白上的染色體上的非組蛋白修飾等。

表觀遺傳學(xué)、甲基化、磷酸化、乙酰化等詞由此出現(xiàn)。

七、Sanger、穆利斯和田中耕一
桑格在完成蛋白質(zhì)測序任務(wù)后，1975年又開發(fā)了雙脫氧核苷酸末端終止測序法漂亮的完成了DNA測序任務(wù)。并測完了噬菌體的基因組。隨后各種基因組計劃開始了，直到2003年人類基因組也順利測完，這意味著，測序工作進入高速發(fā)展階段，更加趨向于變成一種試用的工具。1983年，穆利斯發(fā)現(xiàn)了DNA的體外擴增技術(shù)PCR，使得基因操作變得更加便捷，分子生物的工具更加豐富和了，極大地推動全基因組測序工作的進展。與此同時，日本島津儀器公司研發(fā)工程師田中耕一，在使用質(zhì)譜儀解析生物大分子結(jié)構(gòu)的技術(shù)改進工作中發(fā)揮了突出的貢獻。終于使得蛋白質(zhì)組學(xué)研究，成為可能。

基因組、轉(zhuǎn)錄組、測序、蛋白質(zhì)組、代謝組、單細胞測序等詞由此出現(xiàn)。