DNA重組、遺傳變異、染色體學說、遺傳學的發展、基因上位作用
致癌基因 (Oncogene) ─上
國立臺灣師範大學生命科學系碩士生黃培綺
癌症（cancer）的前身是腫瘤（neoplasm, tumor），而腫瘤又區分成良性腫瘤（benign tumor）以及惡性腫瘤（malignant tumor），其中癌症就是屬於惡性腫瘤，所以癌症常被稱為惡性腫瘤。
在臺灣，根據衛生福利部（其前身為「行政院衛生署」）民國103年6月份公布的統計資料顯示，去年民國102年的十大死因依序是：（一）惡性腫瘤（癌症）；（二）心臟疾病；（三）腦血管疾病；（四）糖尿病；（五）肺炎；（六）事故傷害；（七）慢性下呼吸道疾病；（八）高血壓性疾病；（九）慢性肝病及肝硬化；（十）腎炎、腎病症候群及腎病變（圖一）。
DNA甲基化 (DNA methylation)
臺灣大學生命科學所102級周運浩碩士生
當談到表觀遺傳，不免會很快地聯想到「DNA甲基化」這樣的調控機制，DNA 甲基化是一種將甲基團附加在腺嘌呤或胞嘧啶上的生化反應。DNA 甲基化會穩定的改變細胞中的基因表現，在細胞分裂或是要從胚胎幹細胞分化成特定組織時，其結果大多是永久而且不可逆的，也可防止細胞轉回成幹細胞或是轉換成其他種類的細胞。
DNA 甲基化通常在形成合子時被移除並且重新建立於發育時的細胞分裂，然而最近的研究指出通常是甲基團發生羥基化而非將甲基團完全從合子移除。某些影響基因表現的甲基化修飾是會遺傳的，並且產生基因銘印（genomic imprinting）。
表觀遺傳的隔代遺傳效應（Transgenerational Epigenetics）
國立臺灣師範大學生命科學系碩士生黃培綺
表觀遺傳是指在不改變DNA序列的前提下，透過功能性相關的染色體改變(例如: DNA甲基化、組織蛋白修飾等等)，造成基因表達的不同，導致表現型性狀的表達也不相同(圖一)。
圖 一、具有不同程度DNA甲基化的複製小鼠(Cloned mice) 照片中這兩隻複製小鼠的基因完全相同，但是因為DNA甲基化的模式不同，導致尾巴的性狀表現不同，其中一隻小鼠的尾巴扭曲不正常，而另外一隻小鼠的尾巴正常。
而隔代遺傳是指，由於有性生殖過程中產生的基因重組現象，導致生物體親代的某一性狀沒有表現在子代身上，然而此性狀卻在相隔數個世代後的子代身上又重新表現出來的一種遺傳方式。
表觀遺傳學 (Epigenetics)
國立臺灣師範大學生命科學系 黃培綺
在臺灣，國、高中生物所學到的傳統孟德爾遺傳學說，對於解釋性狀的不同表現，其原因是因為控制性狀的基因型不同，而造成性狀在表現型上有所差異，然而這個解釋無法說明，一個多細胞生物其細胞具有相同的DNA序列及基因型，卻具有各式各樣不同表現型的細胞，例如肌肉細胞、神經細胞、上皮細胞、血管內皮細胞等，決定這些細胞種類的不同不是DNA序列或基因本身，而是基因表達模式的不同，且在細胞世代之間，基因表達模式可藉由細胞分裂遺傳至下一代的細胞。
圖一、核小體
(nucleosome) 構成真核生物染色質的基本單位，DNA與組織蛋白結合形成核小體示意圖。
圖片來源：維基百科
研究在不改變DNA序列的前提下，亦即在相同的DNA序列下，透過調控基因活性的機制，所引發具有遺傳性且穩定、長期的基因表達或細胞表現型的變化，就是「表觀遺傳學 (epigenetics) 」。表觀遺傳學是1980 年代才逐漸發展興起的一門科學，又稱為「表遺傳學」、「外遺傳學」、「擬遺傳學」或是「後遺傳學」，英文為epigenetics，其中「epi-」源自希臘文，有「在…之上」或「除…之外」的意思，「-genetics」就是遺傳學。因此，表觀遺傳學的特徵是在傳統的分子遺傳學之上或之外的遺傳學。
而表觀遺傳學也能這樣解釋：在不涉及核苷酸序列改變的前提下，功能性相關的染色體改變。此種染色體改變的機制包括了「DNA甲基化 (DNA methylation) 」和「組織蛋白修飾 (histone modification) 」等，這樣的調控機制皆能在不影響DNA序列的前提下，造成基因表達的不同。另外，藉由抑制蛋白結合在DNA的沉默基因區域，也能調控基因的表達。這些表觀遺傳學上的變化，也就是表觀遺傳現象，可能可以通過細胞的有絲分裂或減數分裂保留下來，並可能持續遺傳好幾代，而這些變化都僅僅是在非基因因素的層次上，導致生物體基因表達的不同。
非整倍體（Aneuploidy）
國立臺灣師範大學生命科學系103級莊仁奕
染色體數目發生非整數倍變異的個體為非整倍體，因此總染色體數目為 $$2n\pm X$$，少一條染色體具有單體性（monosomy，$$2n-1$$），多一條染色體具有三體性（trisomy，$$2n+1$$），多兩條染色體具有四體性（tetrasomy，$$2n+2$$），以此類推。
圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/File:Nondisjunction_Diagrams.svg
非整倍體的產生源自於親代產生配子時，精/卵母細胞在減數分裂時，某成對的同源染色體不分離（nondisjunction，如左圖），或某複製的姐妹染色體不分離（右圖），產生的配子將會多或少一條染色體，此配子在和正常帶有半套染色體的配子結合，就會產生少一條或多一條染色體的個體。
同源基因（Homologous genes/Homologs）
國立臺灣師範大學生命科學系研究助理鄭杏倩
當比較兩個或多個基因時，若這些基因有共同的祖先，我們稱之為同源基因（homologous genes/homologs）。當兩同源基因存在單一物種中，也就是同源的原因是來自基因重製（gene duplication）又各自累積變異，則稱此兩基因為旁系同源基因（paralogous genes/paralogs）；若兩基因存在於不同物種，也就是同源的原因來自於種化（speciation），則稱此兩基因為直系同源基因（orthologous genes/orthologs）。下圖一以簡單的示意圖闡述旁系同源與直系同源基因之定義。
原致癌基因（Proto-oncogene）
國立臺灣師範大學生命科學系研究助理胡琬琳
原致癌基因（proto-oncogene）為細胞內之正常基因，其表現的蛋白質產物能促進細胞生長及分裂，當原致癌基因在諸如放射性物質、化學物質及病毒的作用影響下而突變（mutation）時，會造成其蛋白質產物過量產生或是活性增加，使細胞的生長及分裂大幅增加而導致癌症（cancer）。此時突變後的原致癌基因即稱為致癌基因（oncogene），換言之，原致癌基因是致癌基因的前身。
原致癌基因突變為致癌基因的方式可分為三類：(1) 基因於基因組中（genome）的移動；(2) 原致癌基因的放大（amplification）；(3) 原致癌基因本身或其調控區（control element）發生點突變（point mutation）。在第一類情形中，原致癌基因經轉位作用（translocation）移至不同的基因座（locus），因受到較為活化的啟動子（promoter）調控，導致其表現量增加而轉變為致癌基因；在第二類情形中，因為原致癌基因的套數（copy number）增加，導致其表現量增加而轉變為致癌基因；在第三類情形中，因為原致癌基因本身發生點突變，使其所表現的蛋白質活性增加或不易被降解（degradation），或者當原致癌基因調控區發生點突變，亦可導致其表現量增加而轉變為致癌基因。
目前研究所發現的原致癌基因大致可分為生長因子（growth factors）、受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases）、膜上非受體酪氨酸激酶（membrane mssociated non-neceptor tyrosine kinases）、G蛋白偶聯受體（G-protein coupled receptors）、絲胺酸／蘇胺酸激酶（serine/threonine kinases）、核內DNA結合/轉錄因子（nuclear DNA-binding/transcription factors）等基因。
以下分項舉例並簡介各原致癌基因:
1. 生長因子（growth factors）
SIS基因 [v-sis基因為猿猴肉瘤病毒（simian sarcoma virus）中的致癌基因] 表現血小板衍生性生長因子B鏈（PDGF B chain），此基因為最先被確認與已知細胞內基因具有同源性的致癌基因。
int-2基因表現一種與纖維母細胞生長因子相關的生長因子（FGF-related growth factor）。
KGF基因又稱HST基因，亦表現一種與纖維母細胞生長因子相關的生長因子，而且在胃癌及卡波西氏肉瘤（Kaposi’s sarcoma）細胞中被發現。
2. 受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases）
FMS基因表現血球生長激素-1 受體（colony stimulating factor-1 receptor），且被確認為一反轉錄病毒（retrovirus）的致癌基因
TRK基因表現類神經生長因子受體蛋白（NGF receptor-like protein），第一個被發現的TRK基因位於胰臟癌細胞中。
基因多效性（Gene pleiotropy）
國立臺灣師範大學生命科學系研究助理鄭杏倩
一個基因基本上控制一個性狀，然而若一個基因的突變可使多種性狀同時改變，則稱此狀況為基因多效性（gene pleiotropy），此基因則為多效性基因（pleiotropic gene）。在孟德爾的豌豆實驗中發現，具有有色種皮（seed coat）的表徵之豌豆，其花和葉腋（leaf axils）皆有色；反之，具有無色種皮表徵者，其花為白色且葉腋無色素沉澱。上述觀察用現今的知識解釋，為基因多效性的結果。種皮顏色、花瓣顏色、以及葉腋之色素沉澱三種性狀是相關聯的，控制此三種性狀之基因為同一個多效性基因。
多效性基因控制不同性狀之主要機制，是因多效性基因所生成的產物被個體內不同的細胞使用，或者，其產物具有訊息傳遞之功能並且影響許多不同的下游產物。在人類疾病中有一著名的例子：苯酮尿症（phenylketonuria；PKU），PKU是一種體染色體隱性遺傳疾病，主要是由於體內苯丙胺酸（phenylalanine）氫化（hydroxylation）成酪胺酸（tyrosine）的代謝途徑產生問題而引起的先天性代謝異常疾病。造成代謝途徑異常之基因，可同時使病患毛髮色素減少、皮膚蒼白且有智能障礙。另外，在果蠅實驗中也發現，隱性vestigial gene（vg）基因會使果蠅翅膀變短而無法飛行，也會間接改變果蠅卵巢的egg string數量、改變小盾板上的刺毛位置，並且使果蠅壽命減少。.
並不是所有的基因多效性的例子都是往相同的方向進行，有時會有拮抗的情況發生，稱為拮抗之基因多效性（antagonistic pleiotropy）。以人類為例子，p53基因之產物會使細胞停止生長，最終造成細胞死亡，因此，p53基因產物可以抑制癌細胞之生長，但也會同時抑制幹細胞（stem cell）之分裂，使人體無法自行更替老死之細胞。拮抗之基因多效性在人類老化（aging）相關的機制上，也有很多例子，G. C. Williams在1957年提出有關老化的理論，他認為某些基因產物在人體年輕的時候可以提高健康（fitness），然而當年紀漸大，此基因產物卻有相反的結果。