本教材根據(jù)目前生命科學(xué)領(lǐng)域中基因工程技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，重點針對普通高等院校生物、醫(yī)藥類本科專業(yè)的教學(xué)特點和培養(yǎng)目標(biāo)要求，結(jié)合生物技術(shù)的應(yīng)用實際，系統(tǒng)介紹了基因工程的基本原理與技術(shù)，及其在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用、新進(jìn)展和未來發(fā)展方向。它主要包括三方面內(nèi)容：一是基因工程的理論與技術(shù)基礎(chǔ)，包括基因與基因表達(dá)調(diào)控的基本原理，核酸的分離、分析、酶切、連接、修飾的原理和技術(shù)，以及基因工程載體的特點與運用；二是基因工程的基本原理與技術(shù)及其應(yīng)用，其內(nèi)容主要有目的基因克隆的原理與技術(shù)、目的基因在原核與真核生物中表達(dá)的原理與技術(shù)；三是基因工程技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，主要介紹了基因工程相關(guān)的技術(shù)發(fā)展及在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用和基因工程產(chǎn)品的安全管理與專利保護(hù)問題。
本教材適合作為普通高等院校各類理工科專業(yè)（生物、醫(yī)藥類專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)）的基因工程課程教材或參考書。
劉志國，武漢輕工大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，院長，教授，湖北省重點（培育）學(xué)科生物學(xué)負(fù)責(zé)人。中國生化與分子生物學(xué)學(xué)會脂質(zhì)與脂蛋白專業(yè)委員會委員。湖北省食品安全企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)備案審查專家。湖北省食品安全風(fēng)險評估專家委員會委員。湖北省重大食品安全事故調(diào)查委員會委員。湖北省生化與分子生物學(xué)會常務(wù)理事。湖北省毒理學(xué)會理事。
1989年工作以來，一直從事教學(xué)與科研工作。先后承擔(dān)過生物化學(xué)、基因工程、生化技術(shù)、生物制藥技術(shù)等十多門課程的教學(xué)工作，是省級精品課程生物化學(xué)（2011至今）的課程負(fù)責(zé)人。曾先后獲得：校“優(yōu) 秀教師”（2003年）、“評建工作先進(jìn)個人” （2006年）、“教書育人先進(jìn)個人”（2007年）、“師德標(biāo)兵”（2012年）等榮譽。2009年獲校教學(xué)成果一等獎，2012年獲校教學(xué)成果特等獎。2013年獲得全省第六屆教育科學(xué)研究優(yōu) 秀成果獎三等獎。指導(dǎo)學(xué)生獲得第六屆湖北省“挑戰(zhàn)杯”創(chuàng)業(yè)計劃競賽金獎和全國“挑戰(zhàn)杯”創(chuàng)業(yè)計劃競賽銅獎（2010年）、第七屆“挑戰(zhàn)杯”銀獎（2012年）。近年來，發(fā)表論文50多篇，授權(quán)發(fā)明專利2項，主持或承擔(dān)國家自然科學(xué)基金3項，承擔(dān)科技部科技重大專項和國家科技支撐計劃子課題各1項，主持省自然科學(xué)基金2項目，省教育廳重點科技計劃項目2項，武漢市科技局科技項目2項。
第一章概論1
一、基因工程的概念與基本步驟2
二、基因工程技術(shù)的發(fā)展歷程4
三、基因工程的研究內(nèi)容8
第二章基因與基因表達(dá)調(diào)控11
第一節(jié)基因的結(jié)構(gòu)與功能11
一、基因的分子基礎(chǔ)11
二、結(jié)構(gòu)基因的基本結(jié)構(gòu)12
三、原核生物基因結(jié)構(gòu)與調(diào)控模式13
四、真核生物基因結(jié)構(gòu)與調(diào)控模式14
五、特殊結(jié)構(gòu)與功能的基因16
第二節(jié)基因組的結(jié)構(gòu)與功能18
一、病毒基因組的結(jié)構(gòu)與功能特點19
二、原核生物基因組的結(jié)構(gòu)與功能特點20
三、真核生物基因組結(jié)構(gòu)與功能的特點20
四、線粒體基因組21
五、人類基因組22
第三節(jié)基因的表達(dá)與調(diào)控23
一、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理24
二、原核生物的基因表達(dá)調(diào)控26
三、真核生物的基因表達(dá)調(diào)控31
本章小結(jié)36
思考題37
第三章核酸分子的分離提取與酶切連接38
第一節(jié)核酸的分離純化38
一、核酸分離提取的原則與要求38
二、核酸提取的主要步驟39
三、質(zhì)粒DNA的分離純化40
四、基因組DNA的制備42
五、RNA的提取42
六、核酸的定量43
七、核酸的凝膠電泳44
第二節(jié)DNA分子的酶切47
一、限制性核酸內(nèi)切酶47
二、限制性內(nèi)切酶切割DNA的方法50
三、影響限制性內(nèi)切酶活性的因素53
四、DNA酶切的應(yīng)用54
第三節(jié)DNA分子的連接55
一、連接酶55
二、DNA片段之間的連接56
三、平末端DNA片段的連接57
四、影響連接反應(yīng)的因素58
第四節(jié)DNA分子的修飾59
一、末端轉(zhuǎn)移酶對DNA的修飾作用59
二、T4多聚核苷酸激酶對DNA的修飾作用60
三、堿性磷酸酶對DNA的修飾作用61
本章小結(jié)61
思考題62
第四章基因工程載體63
第一節(jié)質(zhì)粒載體63
一、質(zhì)粒的一般生物學(xué)特性63
二、理想質(zhì)粒載體的必備條件65
三、常用的質(zhì)粒載體65
第二節(jié)噬菌體載體69
一、噬菌體載體的生物學(xué)特性69
二、λ噬菌體載體70
第三節(jié)酵母載體75
一、整合型載體（YIp）76
二、復(fù)制型載體（YRp）77
三、附加體型載體（YEp）77
第四節(jié)Ti質(zhì)粒表達(dá)載體78
一、Ti質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)78
二、Ti質(zhì)粒的改造79
三、Ti質(zhì)粒表達(dá)載體80
第五節(jié)病毒表達(dá)載體81
一、昆蟲細(xì)胞的桿狀病毒表達(dá)載體81
二、SV40病毒表達(dá)載體82
三、反轉(zhuǎn)錄病毒載體84
四、腺病毒克隆載體88
第六節(jié)人工染色體載體91
一、酵母人工染色體（YAC）載體92
二、細(xì)菌人工染色體（BAC）載體94
三、P1人工染色體載體96
本章小結(jié)97
思考題97
第五章目的基因克隆99
第一節(jié)PCR擴(kuò)增法獲得目的基因99
一、RT-PCR法99
二、其他PCR法101
第二節(jié)基因的合成107
一、DNA合成的原理108
二、人工合成基因109
第三節(jié)基因組DNA的克隆110
一、基因組文庫的構(gòu)建和檢測111
二、大片段文庫在環(huán)境基因組中的應(yīng)用114
第四節(jié)cDNA文庫構(gòu)建及篩選115
一、RNA提取與質(zhì)量鑒定116
二、cDNA文庫構(gòu)建117
三、cDNA文庫的質(zhì)量評價120
第五節(jié)差異克隆技術(shù)120
一、mRNA差異顯示技術(shù)（DDRTPCR）120
二、抑制性差減雜交技術(shù)122
第六節(jié)DNA誘變124
一、定點突變124
二、隨機(jī)突變127
第七節(jié)轉(zhuǎn)化、篩選與鑒定128
一、重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞129
二、重組子的篩選與鑒定133
三、DNA序列測定135
本章小結(jié)138
思考題139
第六章原核細(xì)胞基因工程140
第一節(jié)原核表達(dá)系統(tǒng)的種類140
一、大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)141
二、芽孢桿菌表達(dá)系統(tǒng)142
三、鏈霉菌表達(dá)系統(tǒng)142
四、藍(lán)藻表達(dá)系統(tǒng)143
第二節(jié)原核細(xì)胞表達(dá)策略143
一、融合型表達(dá)144
二、非融合型表達(dá)144
三、分泌型表達(dá)145
四、多拷貝表達(dá)145
五、整合型表達(dá)146
六、提高表達(dá)效率的方法147
第三節(jié)基因工程菌的大規(guī)模培養(yǎng)152
一、基因工程菌發(fā)酵的特點152
二、基因工程菌的深層培養(yǎng)方式153
三、相關(guān)發(fā)酵的反應(yīng)器155
第四節(jié)原核細(xì)胞表達(dá)產(chǎn)物的分離純化156
一、分離純化的目標(biāo)與策略156
二、分離純化的一般過程158
三、包涵體的溶解和重組蛋白的復(fù)性160
四、分泌蛋白質(zhì)的濃縮162
第五節(jié)基因工程菌不穩(wěn)定性及對策163
一、基因工程菌不穩(wěn)定性產(chǎn)生的原因163
二、改善基因工程菌不穩(wěn)定性的方法164
第六節(jié)原核細(xì)胞表達(dá)應(yīng)用舉例166
本章小結(jié)167
思考題168
第七章酵母基因工程169
第一節(jié)酵母基因工程表達(dá)體系169
一、酵母基因表達(dá)宿主系統(tǒng)169
二、酵母表達(dá)載體171
三、轉(zhuǎn)化方法175
第二節(jié)常見酵母基因表達(dá)系統(tǒng)175
一、釀酒酵母表達(dá)系統(tǒng)175
二、畢赤酵母表達(dá)系統(tǒng)178
三、解脂耶氏酵母表達(dá)系統(tǒng)180
四、粟酒裂殖酵母表達(dá)系統(tǒng)181
五、乳酸克魯維亞酵母表達(dá)系統(tǒng)183
第三節(jié)影響外源基因表達(dá)的因素184
一、轉(zhuǎn)錄水平控制184
二、表達(dá)載體的拷貝數(shù)和穩(wěn)定性185
三、翻譯水平控制185
四、其他因素186
五、酵母表達(dá)系統(tǒng)的新的應(yīng)用方向186
第四節(jié)酵母基因工程應(yīng)用舉例187
一、利用重組酵母生產(chǎn)乙肝疫苗187
二、利用重組酵母生產(chǎn)人血清白蛋白188
本章小結(jié)189
思考題190
第八章動物基因工程191
第一節(jié)動物細(xì)胞基因工程191
一、動物細(xì)胞表達(dá)體系191
二、動物細(xì)胞表達(dá)載體的構(gòu)建196
三、動物細(xì)胞轉(zhuǎn)化方法與篩選198
第二節(jié)轉(zhuǎn)基因動物202
一、轉(zhuǎn)基因動物概念202
二、哺乳動物的轉(zhuǎn)基因操作203
三、外源基因的整合與表達(dá)207
第三節(jié)動物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用前景210
一、基因功能的研究210
二、在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用211
三、在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用212
本章小結(jié)213
思考題214
第九章植物基因工程215
第一節(jié)植物基因工程載體215
一、植物基因工程載體的種類和特性215
二、植物基因工程載體的構(gòu)建216
第二節(jié)植物基因工程遺傳轉(zhuǎn)化的受體系統(tǒng)221
一、植物基因轉(zhuǎn)化受體的條件221
二、轉(zhuǎn)化受體系統(tǒng)的類型及其特性222
第三節(jié)植物遺傳轉(zhuǎn)化的方法225
一、農(nóng)桿菌介導(dǎo)法225
二、基因槍轉(zhuǎn)化法227
三、花粉管通道轉(zhuǎn)化法228
四、電激轉(zhuǎn)化法228
五、化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化法229
六、顯微注射轉(zhuǎn)化法229
七、激光微束穿孔轉(zhuǎn)化法230
八、脂質(zhì)體介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法230
九、超聲波法230
十、碳化硅纖維介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法230
第四節(jié)轉(zhuǎn)基因植物篩選與鑒定230
一、生物學(xué)特性鑒定231
二、分子生物學(xué)檢測231
三、基因芯片檢測技術(shù)234
第五節(jié)高等植物基因的誘導(dǎo)表達(dá)系統(tǒng)235
一、外源基因的四環(huán)素誘導(dǎo)系統(tǒng)235
二、外源基因的乙醇誘導(dǎo)系統(tǒng)237
三、外源基因的類固醇誘導(dǎo)系統(tǒng)237
四、外源基因的地塞米松誘導(dǎo)和四環(huán)素抑制系統(tǒng)238
第六節(jié)植物基因工程的應(yīng)用239
一、基因工程生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因黃金水稻239
二、抗蟲害的轉(zhuǎn)基因植物240
三、抗除草劑植物的育種240
本章小結(jié)241
思考題242
第十章基因工程相關(guān)新技術(shù)243
第一節(jié)核酸分子雜交技術(shù)243
一、核酸雜交的原理243
二、核酸探針的制備243
三、核酸雜交種類與方法249
第二節(jié)芯片技術(shù)256
一、基因芯片的基本原理256
二、基因芯片的種類256
三、基因芯片制作技術(shù)的基本步驟257
四、基因芯片技術(shù)的應(yīng)用259
第三節(jié)蛋白質(zhì)組學(xué)與酵母雙雜交259
一、蛋白質(zhì)組學(xué)259
二、酵母雙雜交技術(shù)261
第四節(jié)基因敲除技術(shù)264
一、Cre-LoxP基因敲除系統(tǒng)265
二、基因敲除技術(shù)的應(yīng)用267
第五節(jié)生物信息學(xué)267
一、生物信息學(xué)概述268
二、生物信息的檢索及策略269
三、生物大分子序列的比對分析270
四、核酸序列分析271
五、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析273
本章小結(jié)277
思考題277
第十一章重組DNA技術(shù)的應(yīng)用279
第一節(jié)DNA與疾病診斷279
一、基因診斷的含義279
二、基因診斷的原理及特點280
三、基因診斷的方法280
四、基因診斷的應(yīng)用283
五、問題及展望285
第二節(jié)疾病的基因治療285
一、基因治療的概念及內(nèi)容286
二、基因治療的分子機(jī)制287
三、載體系統(tǒng)287
四、基因治療的策略與方法287
五、疾病的基因治療288
六、問題及展望290
第三節(jié)傳染病的防治291
一、新發(fā)和再發(fā)傳染病的特征291
二、傳染病防治的新策略及研究內(nèi)容292
三、基因工程疫苗292
四、基因工程抗體295
五、DNA重組技術(shù)在傳染病防治方面的前景展望296
本章小結(jié)296
思考題296
第十二章基因工程產(chǎn)品的安全管理與專利保護(hù)298
一、基因工程實驗室生物安全管理298
二、基因工程操作對象和轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品可能帶來的危害301
三、基因工程產(chǎn)品的安全管理現(xiàn)狀304
四、基因工程產(chǎn)品的專利及保護(hù)問題306
本章小結(jié)308
思考題308
參考文獻(xiàn)309
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