基因工程原理与技术

**章 概 论001
一、基因工程的概念与基本步骤003
二、基因工程技术的发展历程004
三、基因工程的研究内容010
本章小结013

第二章 基因与基因表达调控014
**节 基因的结构与功能014
一、基因的分子基础014
二、结构基因的基本组成015
三、原核生物基因结构与调控模式016
四、真核生物基因结构与调控模式017
五、特殊结构与功能的基因019
第二节 基因组的结构与功能021
一、病毒基因组的结构与功能特点021
二、原核生物基因组的结构与功能特点022
三、真核生物基因组的结构与功能特点023
四、线粒体基因组023
五、人类基因组024
第三节 基因的表达与调控025
一、基因表达调控的基本原理026
二、原核生物的基因表达调控028
三、真核生物的基因表达调控033
第四节 表观遗传调控038
一、基因表达调控与DNA 甲基化038
二、基因表达调控与组蛋白修饰039
三、基因表达调控与染色质重塑040
四、基因表达调控与非编码RNA 的调节041
本章小结041
思考题042

第三章 核酸分子的分离提取与酶处理044
**节 核酸的分离纯化044
一、核酸分离纯化的原则与要求044
二、核酸提取的主要步骤045
三、质粒DNA 的分离纯化046
四、基因组DNA 的制备047
五、RNA 的提取048
六、核酸的定量分析048
七、核酸的凝胶电泳049
第二节 DNA 分子的酶切052
一、限制性核酸内切酶052
二、利用限制性内切酶切割DNA 的方法054
三、影响限制性内切酶活性的因素057
四、DNA 酶切的应用058
第三节 DNA 分子的连接058
一、连接酶058
二、DNA 片段之间的连接059
三、平末端DNA 片段的连接060
四、影响连接反应的因素062
第四节 DNA 分子的位点特异性重组063
一、Cre-loxP系统的构成063
二、Cre-loxP系统的作用方式063
三、Cre-loxP系统的特点063
四、Cre-loxP系统的应用064
第五节 DNA 分子的修饰064
一、末端转移酶对DNA 的修饰作用064
二、T4多聚核苷酸激酶对DNA 的修饰作用064
三、碱性磷酸酶对DNA 的修饰作用065
本章小结066
思考题067

第四章 基因工程载体068
**节 质粒载体068
一、质粒载体的基本特性068
二、理想质粒载体的**条件071
三、质粒的改造与构建071
四、载体中常用的遗传标记基因072
五、常用的克隆质粒074
第二节 噬菌体载体077
一、噬菌体载体的生物学特性077
二、λ噬菌体载体078
三、柯斯质粒080
四、M13噬菌体载体082
第三节 酵母载体083
一、整合型载体(YIp) 083
二、复制型载体(YRp) 083
三、附加体型载体(YEp) 084
第四节 常用的真核病毒载体085
一、 SV40病毒载体085
二、腺病毒载体086
三、逆转录病毒载体090
四、痘病毒载体093
五、单纯疱疹病毒载体095
第五节 农杆菌Ti质粒096
一、T-DNA 的结构特点及功能096
二、Vir区的结构特点和功能098
第六节 人工染色体载体100
一、酵母人工染色体载体100
二、细菌人工染色体载体101
三、人类人工染色体载体103
四、P1人工染色体载体104
本章小结104
思考题105

第五章 目的基因克隆106
**节 PCR扩增法获得目的基因106
一、RT-PCR法106
二、其他PCR法108
第二节 基因的合成113
一、DNA 合成的原理113
二、人工合成基因115
第三节 基因组DNA 的克隆118
一、基因组文库的构建和检测118
二、大片段文库在环境基因组中的应用122
第四节 cDNA 文库构建及筛选123
一、RNA 提取与质量鉴定123
二、cDNA **链的合成124
三、cDNA 第二链的合成124
四、双链cDNA 的修饰及克隆125
五、cDNA 文库的质量评价126
第五节 差异克隆技术126
一、mRNA 差异显示技术127
二、抑制性差减杂交技术128
第六节 DNA 诱变130
一、定点突变130
二、随机突变134
第七节 转化、筛选与鉴定135
一、重组DNA 导入受体细胞135
二、重组子的筛选与鉴定139
三、DNA 序列测定141
本章小结145
思考题146

第六章 原核细胞基因工程148
**节 原核表达系统的种类148
一、大肠杆菌表达系统149
二、芽孢杆菌表达系统150
三、链霉菌表达系统150
四、蓝藻表达系统151
第二节 原核表达策略151
一、融合型表达152
二、非融合型表达152
三、分泌型表达153
四、多拷贝表达153
五、整合型表达154
六、提高表达效率的方法155
第三节 基因工程菌的大规模培养160
一、基因工程菌发酵的特点160
二、基因工程菌的深层培养方式161
三、发酵相关的反应器163
第四节 原核表达产物的分离纯化163
一、分离纯化的目标与策略164
二、分离纯化的一般过程165
三、包涵体的溶解和重组蛋白的复性167
四、分泌蛋白质的浓缩168
第五节 基因工程菌不稳定性及对策169
一、基因工程菌不稳定性产生的原因169
二、改善基因工程菌不稳定性的方法170
第六节 原核表达应用举例173
本章小结174
思考题175

第七章 酵母基因工程176
**节 酵母基因工程表达体系176
一、酵母基因表达宿主系统177
二、酵母表达载体178
三、转化方法181
第二节 常见酵母基因表达系统182
一、酿酒酵母表达系统182
二、毕赤酵母表达系统185
三、解脂耶氏酵母表达系统187
四、粟酒裂殖酵母表达系统188
五、乳酸克鲁维酵母表达系统190
第三节 影响外源基因表达的因素191
一、转录水平控制191
二、表达载体的拷贝数和稳定性192
三、翻译水平控制192
四、其他因素193
五、酵母表达系统的新应用方向193
第四节 酵母基因工程应用举例194
一、利用重组酵母生产乙肝疫苗194
二、利用重组酵母生产人血清白蛋白195
本章小结196
思考题197

第八章 动物基因工程198
**节 动物细胞基因工程198
一、动物细胞表达体系199
二、动物细胞表达载体的构建203
三、动物细胞转化方法与筛选205
第二节 转基因动物210
一、转基因动物的概念210
二、哺乳动物的转基因操作210
三、外源基因的整合与表达214
第三节 动物转基因技术的应用前景218
一、基因功能的研究218
二、在农业上的应用219
三、在医学上的应用220
本章小结222
思考题222

第九章 植物基因工程223
**节 植物基因工程载体223
一、植物基因工程载体的种类和特性223
二、植物基因工程载体的构建224
第二节 植物基因工程遗传转化的受体系统229
一、植物基因转化受体的条件229
二、转化受体系统的类型及其特性230
第三节 植物遗传转化的方法232
一、农杆菌介导法233
二、基因枪转化法235
三、花粉管通道转化法236
四、电击转化法236
五、化学物质诱导转化法237
六、显微注射转化法237
七、激光微束穿孔转化法237
八、脂质体介导转化法238
九、超声波转化法238
十、碳化硅纤维介导转化法238
第四节 转基因植物筛选与鉴定238
一、生物学特性鉴定238
二、分子生物学检测239
第五节 高等植物基因的诱导表达系统243
一、外源基因的四环素诱导系统243
二、外源基因的乙醇诱导系统245
三、外源基因的类固醇诱导系统246
四、外源基因的地塞米松诱导和四环素抑制系统247
第六节 植物基因工程的应用248
一、基因工程生产转基因黄金水稻248
二、抗虫害的转基因植物249
三、抗除草剂植物的育种249
四、基因工程与植物的雄性不育250
五、利用转基因植物生产药用蛋白251
本章小结251
思考题252

第十章 核酸分子杂交技术253
**节 核酸分子杂交技术概述253
一、核酸分子杂交的原理253
二、核酸分子探针的制备254
三、核酸分子杂交种类与方法258
第二节 芯片技术265
一、基因芯片的基本原理265
二、基因芯片的种类265
三、基因芯片的制作技术267
四、基因芯片技术的应用269
本章小结270
思考题271

第十一章 组学技术与应用272
**节 基因组学与DNA 测序272
一、人类基因组计划272
二、基因组学的主要概念273
三、基因组的空间结构特性274
四、DNA 测序技术275
五、高通量染色体构象捕获技术(Hi-C) 279
第二节 转录组学283
一、转录组测序方法及流程283
二、转录组分析流程287
三、转录组结果分析和聚类288
第三节 蛋白质组学289
一、蛋白质组学技术流程与大规模分离鉴定技术289
二、蛋白质二维电泳-质谱技术290
三、同位素亲和标签技术291
四、通过数据库搜索鉴定蛋白质291
五、蛋白质的翻译后修饰292
六、蛋白质相互作用分析292
本章小结294
思考题294

第十二章 基因敲除、基因编辑和基因沉默295
**节 基因敲除295
一、Cre-loxP基因敲除系统296
二、基因敲除技术的应用298
第二节 基因沉默298
一、RNA 干扰299
二、基因沉默的应用299
第三节 基因编辑301
一、CRISPR/Cas9系统301
二、CRISPR/Cas9系统的作用机制302
三、基因编辑的应用303
本章小结304
思考题305

第十三章 生物信息学306
**节 生物信息学基础306
一、生物信息学概述306
二、生物信息的检索及策略307
三、生物大分子序列的比对分析308
四、核酸序列分析310
五、蛋白质结构分析311
六、基因的注释314
第二节 微生物组数据分析322
一、扩增子测序数据分析322
二、元基因组测序数据分析322
三、单菌基因组测序数据分析323
第三节 生物信息学编程基础323
一、Linux操作系统323
二、生物信息学中的编程语言326
本章小结327
思考题327

第十四章 重组DNA 技术的应用328
**节 DNA 与疾病诊断328
一、基因诊断的含义328
二、基因诊断的原理及特点329
三、基因诊断的方法329
四、基因诊断的应用332
五、问题及展望337
第二节 疾病的基因治疗338
一、基因治疗的概念及内容338
二、基因治疗的策略与方法340
三、疾病的基因治疗方案341
四、问题及展望343
第三节 传染病的防治344
一、新发和再发传染病的特征344
二、传染病防治的新策略及研究内容345
三、基因工程疫苗345
四、基因工程抗体348
五、DNA 重组技术在传染病防治方面的前景展望349
本章小结349
思考题349

第十五章 基因工程药物350
**节 基因工程制药的关键技术351
一、基因工程菌的构建351
二、基因工程药物的中试技术353
三、基因工程药物的分离与纯化技术353
四、基因工程药物的制剂研究356
第二节 基因工程药物的改造358
一、构建突变体358
二、构建融合蛋白359
第三节 基因工程药物的质量控制360
一、基因工程药物的质量控制要点360
二、方法及技术应用362
第四节 基因工程在制药工业中的应用365
一、大肠杆菌表达系统生产重组人甲状旁腺激素365
二、酵母表达系统生产重组乙肝疫苗367
三、哺乳动物细胞表达系统生产重组人促红细胞生成素369
本章小结371
思考题371

第十六章 基因工程产品的安全管理与专利保护372
一、基因工程实验室生物安全管理372
二、基因工程操作对象和转基因产品可能带来的危害376
三、基因工程产品的安全管理现状378
四、基因工程产品的专利及保护问题381
本章小结384

参考文献385