“人類基因組計劃”開啟了諸多前所未有的新學(xué)科分支（基因組學(xué)、生物信息學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等），推動了科學(xué)研究的平臺化和規(guī)模化，比如高性能計算和規(guī)?；飳W(xué)數(shù)據(jù)獲取。新研究平臺的建立也同時促進了學(xué)科的交叉和整合。

    DNA測序技術(shù)使我們幾乎可以肆無忌憚地獲取任何物種和其群體的遺傳信息。我們同時也要思考：生物學(xué)，尤其是基因組學(xué)，還有哪些未解之謎？

    隨著DNA測序技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，揭開了諸多令人困惑的“科學(xué)謎團”,同時也遇到了更復(fù)雜、更深刻、更具有挑戰(zhàn)性的新問題。

    遺傳學(xué)和物種進化理論是生物學(xué)的幾大基石之一。DNA測序技術(shù)從根本上解決了發(fā)現(xiàn)遺傳變化的手段，使我們幾乎可以肆無忌憚地獲取任何物種和其群體的遺傳信息。我們同時也要思考：生物學(xué)，尤其是基因組學(xué)，還有那些未解之謎？這里我們不妨先探討其中的三個。

    第一個“生命之謎”是植物、脊椎動物、節(jié)肢動物等不同高級譜系基因組之間的結(jié)構(gòu)差異。例如，高等植物基因組有很多基因間區(qū)（基因之間沒有基因的部分，大多是被稱為RNA轉(zhuǎn)座子的重復(fù)序列），但是這些部分有時候會是整個基因組核苷酸總數(shù)的95%（例如大麥和小麥）以上，因此我們不禁要問：為什么植物要**這些不編碼蛋白質(zhì)的DNA序列呢？為什么不增加一些編碼基因的序列呢？難道這里是“進化”的“死角”?與植物基因組相反的是：動物基因組將重復(fù)序列放在了基因的內(nèi)含子里面（內(nèi)含子是基因的一部分，與外顯子構(gòu)成基因的結(jié)構(gòu)部分），不僅被**了，而且還被轉(zhuǎn)錄了，最后在翻譯之前又被毫不吝惜地丟掉了。從表面上看，也是一種資源的浪費。因此，我們稱之為“**—轉(zhuǎn)錄負擔(dān)”之謎，即植物基因組**多余的非編碼DNA,動物基因組轉(zhuǎn)錄多余的RNA.

    第二個“生命之謎”是基因突變和自然選擇之間的在分子水平上的復(fù)雜性。200余年來，達爾文的進化理論主導(dǎo)了生物學(xué)各個領(lǐng)域，達爾文和他的繼承者們否定了拉馬克主義的進化理論（以“用進廢退”和“獲得性遺傳”最為著名），認為遺傳突變是隨機產(chǎn)生的，而且大部分是中性的，或近于中性的弱有害突變。然而，我們十余年來的研究發(fā)現(xiàn)突變和選擇的機制其實既有達爾文主義的原理，也有拉馬克主義的原理，遠比人們已知和想象的要復(fù)雜和細致得多。從數(shù)量來看，“達爾文主義變異”（或稱隨機突變）毫無疑問占據(jù)了主要的地位；但是從復(fù)雜性來看，“拉馬克主義變異”（非隨機變異和非蛋白質(zhì)功能選擇）則更功能化、更細膩、更無所不在，因此也更神奇。因此，這個“生命之謎”又稱為“生殖系之謎”.

    第三個“生命之謎”是遺傳與非遺傳（或稱環(huán)境和表觀遺傳）的關(guān)系，或稱“表觀遺傳之謎”.盡管分子生物學(xué)也有60年的歷史了，但是遺傳學(xué)與分子生物學(xué)，尤其是與細胞生物學(xué)的邊界還是有很深的鴻溝。比如，細胞生物學(xué)家在選擇研究對象時往往忽略遺傳學(xué)因素。分子生物學(xué)家對機制和分子之間的相互作用感興趣更多。目前生物學(xué)研究的總體趨勢是“分久必合”,是信息和知識的大整合時期。邏輯很簡單，生命是復(fù)雜的，因此科學(xué)研究也應(yīng)該走向接納復(fù)雜性、認識復(fù)雜性和解決復(fù)雜問題。過去我們對非遺傳因素的定義非常粗略，現(xiàn)在是重視的時候了。我曾提出了所謂的“五流說”,強調(diào)遺傳學(xué)只是“信息流”的學(xué)問，其他四個“流”是用來定義非遺傳因素的：“操作流”、“分室流”、 “平衡流”和可塑性的研究。這“五流”以各自的研究進展，不斷深化我們對生命奧秘認識的同時，也提出了很多新的問題。

    盡管說非遺傳因素或稱表觀遺傳學(xué)的研究還剛剛開始，但是值得慶幸的是我們已經(jīng)積累了很多工具和知識，我們需要的是一些主導(dǎo)性的大型項目。目前可數(shù)的是神經(jīng)系統(tǒng)的“連接組” 研究，揭示神經(jīng)元之間的物理和生理關(guān)系。“暴露組”研究也在啟動，用于量化物理和化學(xué)環(huán)境對生命的影響。前者是為神經(jīng)生物學(xué)研究和行為、認知等研究奠定物質(zhì)基礎(chǔ)，而后者則試圖關(guān)聯(lián)遺傳因素與非遺傳因素的關(guān)系。

    作者于軍，系中國科學(xué)院北京基因組研究所研究員