發現DNA分子具有雙螺旋結構的人為詹姆斯華生以及誰?
弗朗西斯克里克
數千年來，人類通過選擇性育種或人工選擇。近年來，逐漸通過誘變改變了物種的基因組。而遺傳工程作為直接操縱DNA、由人外部育種和突變是自20世紀70年代產生的。遺傳工程這個術語最早由傑克威廉姆森在1951年—也就是DNA在在遺傳中的作用得到了阿弗雷德•赫希和瑪莎•蔡斯的證實的前一年—出版的科幻小說龍之島中創作。1953年，詹姆斯華生和弗朗西斯克里克發現DNA分子具有雙螺旋結構。斯丹利•溫鮑姆的1936年的科幻故事普羅透斯島中探索了直接遺傳操作的一般概念。1972年，保羅•伯格通過將來自猴病毒SV40的DNA與λ病毒的DNA結合而產生了第一個重組DNA分子。在1973年，赫伯特•博耶和斯坦利•科恩通過將抗生素抗性基因插入到大腸桿菌細菌的質體中而產生了第一個基因轉殖生物。一年後，魯道夫耶尼施通過將外來DNA引入其胚胎中建立了一種基因轉殖小鼠，使其成為世界上第一個基因轉殖動物這些成就導致了科學界對基因工程的潛在風險的關注，這些問題首先在1975年的阿西洛馬會議上進行了深入討論。這次會議的主要建議之一是，在技術的安全性得到確認之前政府應加強對重組DNA研究的監督。 1976年，赫伯特•博耶和羅伯特•史旺森創立了遺傳工程公司基因泰克，該公司在大腸桿菌中生產了人類蛋白體抑素。 基因泰克在1978年宣布生產基因轉殖生產的人胰島素。1980年，美國最高法院在Diamond訴Chakrabarty案中裁定，遺傳改變的生命可以獲得專利。此種藉由細菌生產的胰島素以優泌林作為品牌名稱，在1982年經美國食品藥物監督管理局批准銷售。
細胞分化是個體發育過程中細胞之間產生穩定差異的過程。所以，細胞分化是指同源細胞通過分裂，發生形態、結構與功能特徵穩定差異的過程。細胞分化的實質是基因選擇性表現的結果，在個體發育過程中基因按照一定程式相繼活化的現象，稱為基因的差次表現或順序表現。即在同一時間內不是所有的基因都具活性，而是有的有活性，有的無活性，有些細胞是這部分基因有活性，有些細胞則是另外一些基因有活性。組織特異性基因和管家基因一類是維持細胞最基本生命活動的基因，是所有一切細胞都需具備的，由此譯製基本生命活動所必需的結構和功能蛋白。這類基因稱「管家基因」，它們與細胞分化關係不大。如編碼與細胞分裂、能量代謝、細胞基本建成有關的蛋白質的基因屬此類。另一類是譯製特異蛋白質的基因，與細胞的基本生存無直接關係，但與細胞分化關係密切，被稱為奢侈基因。
基因表現是用基因中的資訊來合成基因產物的過程。產物通常是蛋白質，但對於非蛋白質編碼基因，如轉運RNA和小核RNA，產物則是RNA。所有已知生物都通過基因表現來生成生命所需的高分子物質。基因表現的過程可分為轉錄、RNA剪接、轉譯、蛋白質的轉譯後修飾這幾步。基因表現調控控制細胞的結構與功能，同時也是細胞分化、形態發生及生物體的多功能性和適應性的基礎。不同的時間、不同的環境，以及不同部位的細胞，或是基因在細胞中的含量差異，皆可能使基因產生不同的表現。基因調節也可以作為進化變化的受質，因為基因表現的時間，位置和數量的控制可以對基因在細胞或多細胞生物體中的功能具有深遠的影響。在遺傳學中，基因表現是基因型產生表型的最基本的層次。
隨著在1941年左右羅羅莎琳•富蘭克林對於DNA的螺旋結構的確認，詹姆斯•沃森和弗朗西斯•克里克在1953年發表的DNA的結構，還有弗雷德里克•桑格在1955年出版的胰島素的胺基酸序列，核酸測序成為早期分子生物學家們的一個主要目標，除了他對胰島素的胺基酸序列的開創性工作之外，弗雷德里克•桑格和他的同事在能夠啟動建立全面的基因組測序計劃的DNA測序技術的發展中起到了關鍵作用。在1975年，他和艾倫•庫爾森發表用DNA聚合酶和放射性標記的核苷酸的測序過程，他稱為"加減測序法技術"。該過程可以達到80個核苷酸測序一次性測序，和之前還是非常費力的過程相比是一大進步。然而，在1977年，他的小組能測序5386個核苷酸的單鏈噬菌體Φ-X174噬菌體中的絕大多數，完成了世界上第一個以DNA為基礎的基因組完全測序。"加減測序法"的改進導致鏈終止法，或桑格測序法，形成了DNA測序、基因組圖譜、數據存儲的技術的基礎，和在下一個四分之一世紀的研究中最廣泛使用的生物信息學分析。在同一年，哈佛大學的沃爾特•吉爾伯特和艾倫•馬克薩姆獨立開發出DNA測序的馬克薩姆-吉爾伯特測序，又稱化學法，涉及在DNA已知的鹼基優先斷裂，一種效率較低的方法。由於他們在核酸測序開創性的工作，吉爾伯特和桑格與保羅•伯格分享1980年度的諾貝爾化學獎。