1950年，原來學習外科醫學的弗朗索瓦·雅各布由於興趣的驅使，到萊沃夫實驗室作研究生。他思想活躍，善於鑽研，長於實驗。他的到來，促進了莫諾的研究。特別是他建立的細菌有性繁殖遺傳實驗分析方法對莫諾乳糖體係研究計劃的開展起了關鍵作用。1957年9月，更由於美國加州伯克利大學病毒實驗室的帕迪利用休假來到莫諾實驗室工作，使他們三人有機會得以共同進行一項用細菌遺傳分析研究乳糖體係的計劃，這就是在科學史上十分有名的所謂“Pa Ja Mo實驗”，Pa、Ja、Mo分別由三個人姓名的前兩個字母拚成。這一實驗對乳糖操縱子理論的建立起了決定性的作用。
“Pa、Ja、Mo實驗”的基本內容是：將能合成半乳糖苷酶的細菌與不能合成該酶的細菌，以及加入誘導物後能合成該酶的細菌與不需誘導物就能合成該酶的細菌，進行相互之間的交配，記錄酶產生的時間和酶活性的增長速度，找出相互之間的關係。這是由帕迪、雅各布、莫諾三人合作進行的一係列實驗，主要由帕迪實際操作，是一項既花費時間和精力又十分枯燥乏味的勞動。然而，對這一係列實驗結果的解釋，卻導致了一個嶄新的遺傳理論——基因調控理論的提出。
這一理論認為，在大腸杆菌中，控製乳糖代謝的三個結構基因是在細胞染色體的相鄰位置上，受同一“開關”的控製，因為這三種酶的產量總是相關的，而且這些基因的排列是順型的。決定開關的基因被稱為“操縱基因”。操縱基因位於三個結構基因的與z相鄰的一端。操縱基因與結構基因組成一個操縱子。過去作為誘導基因的i，實際上是一個調節基因，決定著一種阻遏物的生成，並區別於直接決定蛋白質結構的結構基因。i基因位於o基因的另一端，o基因則在i和z兩基因之間。開關調控的機製是：當細菌細胞內誘導物不存在時，i基因產生的阻遏物阻止了操縱基因的開動，mRNA不能轉錄結構基因上的密碼，蛋白質的合成不能進行，即這時三個結構基因都處於“關閉”狀態。但是在加入誘導物後，i基因產生的阻遏物與誘導物結合而失活，操縱基因隨之開動，mRNA的轉錄開始，蛋白質合成進行，分解乳糖的三種酶得以產生。當細胞中乳糖被分解完後，阻遏物又恢複其活性狀態，又重新阻止操縱基因的開動。這個既有實驗又有理論的長篇報告，題為《蛋白質合成的遺傳調節機製》，由莫諾執筆，與雅各布聯合署名，發表在1961年英國的《分子生物學雜誌》上。
這篇報告是第一篇係統論述在基因水平上調節控製的科學文獻，包括了從適應酶開始到操縱子理論建立的全部內容。在該文中，莫諾和雅各布第一次預言了mRNA的存在和作用，並很快由雅各布和布倫納用實驗證實。它豐富了“一個基因一個酶”的理論。這份報告是1960年12月完成的，盡管這時有關蛋白質生物合成的各種假說已被分子生物學界所接受，但實驗的直接證據還不很充分，第一個被破譯的遺傳密碼的實驗結果還是在1961年夏天才宣布的。所以，在這個時間莫諾和雅各布提出乳糖操縱子理論，闡明基因調節控製蛋白質的合成，其創見性和洞察力確是驚人的。
莫諾和雅各布提出的乳糖操縱子模型是分子遺傳學中繼DNA分子結構以來的另一項重大成就，在發表時，生物學界反應之強烈，較之1953年沃森和克裏克的DNA雙螺旋模型實有過之。它開創了基因調控機製的研究，預言了mRNA的存在，導致mRNA的證實，從而使遺傳密碼的實驗研究得以開始，因而使分子遺傳學的整個體係得以建立，其意義十分深遠。莫諾、雅各布和他的導師萊沃夫也“由於酶的遺傳控製和病毒合成方麵的發現”，在1965年榮獲諾貝爾生理學和醫學獎。他們三人都是法國人，不僅為法國科學界也為法國人爭得了光彩，因為這是自1935年約裏奧·居裏夫婦獲化學獎的30年後法國人再次獲獎。