第一章 基因工程概述

第一节 基因操作与基因工程

一、基因操作与基因工程的关系

二、基因工程的诞生与发展

第二节 基因工程是生物科学发展的必然产物

一、基因是基因重组的物质基础

二、DNA的结构和功能

三、基因操作技术的发展促进基因工程的诞生和发展

四、基因工程的内容

第三节 基因的结构——基因操作的理论基础

一、基因的结构组成对基因操作的影响

二、基因克隆的通用策略

思考题

主要参考文献

第一篇 基因操作原理

第二章 分子克隆工具酶

第一节 限制性内切酶

一、限制与修饰

二、限制酶识别的序列

三、限制酶产生的末端

四、DNA末端长度对限制酶切割的影响

五、位点偏爱

六、酶切反应条件

七、星星活性

八、单链DNA的切割

九、酶切位点的引入

十、影响酶活性的因素

十一、酶切位点在基因组中分布的不均一性

第二节 甲基化酶

一、甲基化酶的种类

二、依赖于甲基化的限制系统

三、甲基化对限制酶切的影响

第三节 DNA聚合酶

一、大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ

二、Klenow DNA聚合酶

三、T4噬菌体DNA聚合酶

四、T7噬菌体DNA聚合酶

五、耐热DNA聚合酶

六、反转录酶

七、末端转移酶

第四节 其他分子克隆工具酶

一、依赖于DNA的RNA聚合酶

二、连接酶

三、T4多核苷酸激酶

四、碱性磷酸酶

五、核酸酶

六、核酸酶抑制剂

七、琼脂糖酶

八、DNA结合蛋白

九、其他酶

思考题

主要参考文献

第三章 分子克隆载体

第一节 质粒载体

一、质粒的基本特性

二、标记基因

三、质粒载体的种类

第二节 λ噬菌体载体

一、λ噬菌体的分子生物学

二、λ噬菌体载体的选择标记

三、代表性λ噬菌体载体

四、λ噬菌体载体的克隆原理及步骤

五、λ噬菌体位点特异性重组系统在基因克隆中的应用

第三节 单链丝状噬菌体载体

一、M13噬菌体的生物学

二、M13噬菌体载体

三、M13噬菌体载体的宿主菌

四、丝状噬菌体载体克隆中经常遇到的问题

五、噬菌粒

六、M13KO7辅助噬菌体

思考题

主要参考文献

第四章 人工染色体载体

第一节 黏粒载体

一、黏粒的结构特征和用途

二、黏粒载体的工作原理

三、黏粒克隆载体

四、黏粒文库的扩增和贮存

五、构建黏粒文库应注意的问题

第二节 酵母人工染色体载体

一、YAC载体的复制元件和标记基因

二、YAC载体的工作原理

第三节 细菌人工染色体载体

一、BAC载体及其结构组成

二、BAC载体工作原理

三、控制拷贝数的BAC载体和Fosmid载体

第四节 P1噬菌体载体和P1人工染色体载体

一、P1噬菌体的分子遗传特征

二、P1噬菌体载体

三、P1人工染色体载体

思考题

主要参考文献

第五章 表达载体

第一节 大肠杆菌表达载体

一、大肠杆菌表达载体的结构

二、利用T7噬菌体启动子的表达载体

三、利用大肠杆菌固有基因启动子的表达载体

四、表达融合蛋白的表达载体

五、无细胞体系蛋白质表达系统

六、表达产物的纯化

七、蛋白表达中可能存在的问题

第二节 穿梭载体

一、大肠杆菌／革兰氏阳性细菌穿梭载体

二、大肠杆菌／酵母菌穿梭载体

三、其他穿梭载体

第三节 整合载体

一、基因插入／基因敲除

二、随机插入突变载体

思考题

主要参考文献

第六章 基因操作中大分子的分离和检测

第一节 DNA的分离、检测和纯化

一、大肠杆菌质粒DNA的分离和纯化

二、基因组DNA的分离

三、DNA的琼脂糖凝胶电泳

四、聚丙烯酰胺凝胶电泳

五、脉冲场凝胶电泳

六、紫外吸收法检测DNA的浓度和纯度

七、DNA片段的纯化

第二节 RNA的分离、检测和纯化

一、控制潜在RNA酶的活性

二、RNA的抽提和纯化

三、mRNA的纯化

四、RNA的电泳检测

第三节 分子杂交

一、Southern杂交

二、Northern杂交

三、Western杂交

四、其他分子杂交

五、DNA微阵列分析

六、探针的标记

第四节 重组DNA分子导入大肠杆菌

一、CaCl2转化法

二、电转化法

思考题

主要参考文献

第七章 基因操作中的核酸分析技术

第一节 DNA和蛋白质相互作用分析

一、凝胶阻滞实验

二、DNase Ⅰ足迹实验

三、体内足迹实验

四、酵母单杂交技术

五、染色质免疫沉淀法

六、DNA-蛋白质相互作用研究技术的新进展

第二节 RNA作图和端点分析

一、RNA的S1核酸酶作图

二、S1核酸酶作图分析mRNA的端点

三、引物延伸法分析mRNA的端点

第三节 RNA干扰技术

一、RNAi现象的发现

二、RNAi的作用机制

三、RNAi技术中的关键问题

四、RNAi技术的应用

思考题

主要参考文献

第八章 PCR技术及其应用

第一节 PCR技术原理和工作方式

一、PCR的基本原理

二、PCR反应体系

三、PCR反应程序

第二节 PCR产物的克隆

一、在PCR产物两端添加限制性酶切位点

二、A/T克隆法

三、平末端DNA片段的克隆

四、长片段DNA的PCR扩增

第三节 PCR扩增未知DNA片段

一、反向PCR

二、利用接头的PCR

三、热不对称交错PCR

第四节 与反转录相关的PCR

一、cDNA末端的快速扩增

二、差异显示PCR

第五节 PCR产生DNA指纹

一、多重PCR

二、随机扩增多态性DNA

三、扩增片段长度多态性

第六节 实时定量PCR

一、实时荧光定量PCR的定量方式

二、荧光标记方式

思考题

主要参考文献

第九章 DNA序列分析

第一节 第一代DNA测序技术

一、Maxam-Gilbert化学降解法测序技术

二、Sanger双脱氧链终止法

第二节 第二代测序技术

一、454测序技术

二、Solexa测序技术

三、SOLiD测序技术

四、离子肼测序技术

第三节 单分子测序技术

一、Heliscope单分子测序技术

二、SMRT单分子测序技术

三、纳米孔单分子测序技术

四、现代测序技术的发展趋势和展望

第四节 DNA片段序列测定的策略

一、通用引物指导未知序列的测定

二、引物步移

三、随机克隆测序

四、缺失克隆测序

第五节 转录组测序

一、RNA-seq技术简介

二、mRNA-Seq技术流程

三、mRNA的富集

四、mRNA的测序

第六节 核苷酸序列的生物信息分析

一、序列分析和生物信息学的应用

二、基因数据库和分析工具

思考题

主要参考文献

第十章 DNA诱变

第一节 随机诱变

一、错误掺入诱变

二、盒式诱变

三、增变菌株的诱变作用

四、化学诱变

第二节 DNA体外重组

一、DNA洗牌法

二、交错延伸重组

三、随机引发重组

第三节 寡核苷酸介导的定点诱变

一、寡核苷酸介导定点诱变的基本流程

二、诱变寡核苷酸的设计

三、不依赖于PCR的DNA定点诱变

四、PCR介导的定点诱变

第四节 嵌套缺失

一、嵌套缺失的制备

二、嵌套缺失的应用

思考题

主要参考文献

第十一章 DNA文库的构建和目的基因的筛选

第一节 基因组DNA文库的构建

一、基因组DNA文库的类型和发展

二、文库的代表性和随机性

三、基因组DNA文库的构建流程

第二节 cDNA文库的构建

一、cDNA文库的特征和发展

二、cDNA文库的构建

三、cDNA文库均一化处理

四、扣除杂交cDNA文库

五、全长cDNA文库

六、其他cDNA文库

第三节 基因克隆的筛选策略

一、表型筛选法

二、杂交筛选和PCR筛选

三、免疫筛选

四、酵母双杂交系统

五、克隆基因的验证和分析

第四节 DNA文库的保存

思考题

主要参考文献

第十二章 基因组研究技术

第一节 传统基因组研究技术

一、基因组遗传图谱的构建

二、基因组物理图谱的构建

三、基因组测序

第二节 现代基因组研究技术

一、基因组序列的解读

二、基因功能的预测和验证

三、功能基因组学研究技术

第三节 基因组工程

一、基因工程与基因组工程

二、基因组工程研究中的遗传同源重组系统

思考题

主要参考文献

第二篇 基因工程应用

第十三章 植物基因工程

第一节 植物基因工程的发展现状

第二节 植物基因工程方法

一、原生质体介导法

二、基因枪法

三、根癌农杆菌介导法

四、基因枪法与根癌农杆菌介导法的比较

五、植物基因工程新技术

第三节 转化子细胞的筛选

一、植物基因工程中的选择基因

二、报告基因

第四节 转化体的鉴定与证实

一、PCR检测外源基因的整合

二、Southern杂交检测外源基因的整合

三、RT-PCR检测外源基因的表达

四、Northern杂交检测外源基因的表达

五、Real-time PCR实时荧光定量PCR检测外源基因的表达

六、Western杂交检测外源基因表达的产物

第五节 植物基因工程研究的应用和展望

一、抗性基因工程

二、植物品质改良基因工程

三、植物杂种优势的利用

四、植物代谢工程

五、生物反应器

六、复合性状

七、筛选标记基因的去除

思考题

主要参考文献

第十四章 动物基因工程

第一节 动物基因工程的发展现状与趋势

一、精细与安全的动物遗传修饰新技术

二、转基因动物将成为有限自然资源高效利用的主力军

第二节 动物转基因技术

一、动物基因工程载体

二、载体相关调控元件

三、基因转移技术

第三节 转基因动物制备

一、转基因动物的制备方法

第四节 转基因动物鉴定与安全评价

一、外源基因的基因组水平鉴定

二、转基因动物中外源基因表达水平检测

三、转基因动物中目标基因的蛋白水平测定

四、转基因动物传代与检测

五、转基因动物及其产品的安全性评价

第五节 转基因动物的应用与展望

一、转基因动物的应用

二、转基因动物的展望

思考题

主要参考文献

第十五章 酵母基因工程

第一节 酵母基因工程的发展现状和发展趋势

一、酵母基因工程的优点

二、酵母基因工程的发展现状

三、酵母基因工程的发展趋势

第二节 酵母表达系统

一、酵母表达系统概述

二、常用酵母表达系统

第三节 酵母基因工程的应用

一、酵母基因工程的应用情况

二、酵母基因工程的应用举例

思考题

主要参考文献

第十六章 细菌基因工程

第一节 细菌基因工程的发展现状和发展趋势

一、细菌基因工程的发展简史

二、细菌基因工程的发展现状

三、细菌基因工程的发展趋势及前景展望

第二节 细菌基因工程的表达系统

一、细菌基因工程的表达系统

二、表达载体构建原则

三、外源基因表达的方式

四、常见细菌表达系统

第三节 细菌基因工程的应用

一、农业领域的基因工程细菌

二、食品和工业基因工程菌

三、重组DNA技术生产医用抗生素

四、环境微生物基因工程菌的应用

思考题

主要参考文献

第十七章 病毒基因工程

第一节 病毒载体

一、动物病毒载体

二、植物病毒载体

三、噬菌体载体

第二节 病毒与基因工程

一、基因工程病毒疫苗

二、病毒与基因治疗

三、溶瘤病毒与癌症治疗

四、病毒与生物防治

思考题

主要参考文献

第十八章 医药基因工程

第一节 基因工程药物的开发现状与发展趋势

一、基因工程药物的种类

二、基因工程药物的产业化状况

三、基因工程药物的发展趋势

第二节 基因工程蛋白和多肽药物

一、基因工程胰岛素

二、基因工程人红细胞生成素

三、基因工程干扰素

四、基因工程疫苗

五、基因工程抗体

第三节 基因工程抗体

一、抗体的结构

二、天然抗体的局限性

三、基因工程抗体的种类

第四节 基因工程核酸类药物

一、反义核酸药物

二、核酸疫苗

三、RNA干扰

四、基因治疗

思考题

主要参考文献

第十九章 基因工程产品的安全评价及其管理

第一节 基因工程产品的安全评价

一、DNA重组生物安全准则

二、转基因生物产品的安全评价原则

第二节 基因工程产品的安全性管理类型

第三节 基因工程技术安全性探讨及其产品的发展前景

附录 转基因农作物产品的安全性争论事件

一、食用安全争议事件

二、生态安全事例

思考题

主要参考文献

索引