孟德爾（Gregor Johann Mendel）在 1866 年的奧地利自然科學學會發表了著名的《植物雜交試驗》論文，闡述了著名的古典遺傳學的基本規律—分離定律（Law of Segregation）、自由組合定律（Law of Independent Assortment）與性狀顯隱性（Law of Dominance）。儘管最初人們並不了解「遺傳因子」為何物，但極其幸運的孟德爾還是從雜交豌豆的性狀歸納出了可循的遺傳規律。決定生物性狀的「遺傳因子」經歷了許多名稱變革，終於在 1909 年由丹麥遺傳學家詹森（Wilhelm Johannsen）定名為今日為人所知的「基因」（gene）。爾後，基因的遺傳方式以及本質越來越清楚。1908 年莫根（Thomas Hunt Morgan）用果蠅確立了基因位於染色體的事實，其生化構成一直到 1944 至 1952 年，才由埃弗里（Oswald Theodore Avery）、麥卡蒂（Maclyn McCarty）、赫希（Alfred Day Hershey）、蔡斯（Martha Cowles Chase）發現基因為 DNA 的特定片段。
當時眾所週知的是染色體由蛋白質與 DNA 構成，而蛋白質以 20 種以上的氨基酸排列組合，正合適來解釋多變的遺傳性狀。加上早期認為影響生物功能的都是蛋白質，使得這項發現著實讓人意外，這一串僅由 4 種核苷構成的 DNA 該怎麼造就如此多樣的生物性狀？於是科學家們不斷的探索基因與性狀之間的關係，從「一個基因，一個蛋白質」到「一個基因，多條多肽」，或是近代非編碼 RNA（LncRNA）的發現，都在在顯示基因的表現可能有更多的形式，而染色體上的組蛋白（histone）也在表觀遺傳學（Epigenetics）的發展後開始逐漸受到關注。
過去我們知道自胚胎幹細胞能夠發育成一個完整的生物個體，但是如果性狀僅由基因控制，那為何可以在相同的基因體下產生各式各樣的細胞？同卵雙生的雙胞胎，為何在成長後也能各自產生明顯的性狀差異？這些證據都表示性狀的表現會受到基因序列以外的因素影響。表觀遺傳學是由瓦丁頓（Conrad Hal Waddington）結合後生論（Epigenesis）與遺傳學（Genetics）於 1942 年提出，旨在表達基因可能與環境相互作用，並產生表現型的概念。由於環境如何影響基因表現的機制不明，眾說紛紜之下，表觀遺傳學的定義是在2008年的冷泉港會議取得共識，為「由染色體改變所引起的可遺傳的表現型，而非 DNA 序列的改變」(stably heritable phenotype resulting from changes in a chromosome without alterations in the DNA sequence) [1]
現在我們知道表觀遺傳調控可以有幾種形式，其一為轉錄的調控：DNA 甲基化、基因印記（genetic imprinting）、組蛋白修飾、染色質重塑與基因開關 [2]；另一類為基因轉錄後的調控：非編碼 RNA、微小 RNA、反義 RNA、內含子（intron）。表觀遺傳調控是解答上述問題的一個面向，同時也表示後天累積的變異，是有機會遺傳給下一代的，然而如何遺傳至今仍備受討論。
六月Investigator將帶給大家表觀遺傳學的最新進展，並且採訪耕耘於此領域的傑出研究先進，有興趣的讀者們千萬不要錯過了！
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參考資料：
- Language: Disputed definitions. (2008). Nature, 455(7216), 1023-1028. doi:10.1038/4551023a
- Riethoven, J. M. (2010). Regulatory Regions in DNA: Promoters, Enhancers, Silencers, and Insulators. Methods in Molecular Biology, 33-42. doi:10.1007/978-1-60761-854-6_3
- Petronis, A. (2010). Epigenetics as a unifying principle in the aetiology of complex traits and diseases. Nature, 465(7299), 721-727. doi:10.1038/nature09230
撰稿 | 張捷
修訂｜譚承恩、林映希
