第一章 概 論001
一、基因工程的概念與基本步驟003
二、基因工程技術(shù)的發(fā)展歷程004
三、基因工程的研究內(nèi)容010
本章小結(jié)013

第二章 基因與基因表達(dá)調(diào)控014
第一節(jié) 基因的結(jié)構(gòu)與功能014
一、基因的分子基礎(chǔ)014
二、結(jié)構(gòu)基因的基本組成015
三、原核生物基因結(jié)構(gòu)與調(diào)控模式016
四、真核生物基因結(jié)構(gòu)與調(diào)控模式017
五、特殊結(jié)構(gòu)與功能的基因019
第二節(jié) 基因組的結(jié)構(gòu)與功能021
一、病毒基因組的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)021
二、原核生物基因組的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)022
三、真核生物基因組的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)023
四、線粒體基因組023
五、人類基因組024
第三節(jié) 基因的表達(dá)與調(diào)控025
一、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理026
二、原核生物的基因表達(dá)調(diào)控028
三、真核生物的基因表達(dá)調(diào)控033
第四節(jié) 表觀遺傳調(diào)控038
一、基因表達(dá)調(diào)控與DNA 甲基化038
二、基因表達(dá)調(diào)控與組蛋白修飾039
三、基因表達(dá)調(diào)控與染色質(zhì)重塑040
四、基因表達(dá)調(diào)控與非編碼RNA 的調(diào)節(jié)041
本章小結(jié)041
思考題042

第三章 核酸分子的分離提取與酶處理044
第一節(jié) 核酸的分離純化044
一、核酸分離純化的原則與要求044
二、核酸提取的主要步驟045
三、質(zhì)粒DNA 的分離純化046
四、基因組DNA 的制備047
五、RNA 的提取048
六、核酸的定量分析048
七、核酸的凝膠電泳049
第二節(jié) DNA 分子的酶切052
一、限制性核酸內(nèi)切酶052
二、利用限制性內(nèi)切酶切割DNA 的方法054
三、影響限制性內(nèi)切酶活性的因素057
四、DNA 酶切的應(yīng)用058
第三節(jié) DNA 分子的連接058
一、連接酶058
二、DNA 片段之間的連接059
三、平末端DNA 片段的連接060
四、影響連接反應(yīng)的因素062
第四節(jié) DNA 分子的位點(diǎn)特異性重組063
一、Cre-loxP系統(tǒng)的構(gòu)成063
二、Cre-loxP系統(tǒng)的作用方式063
三、Cre-loxP系統(tǒng)的特點(diǎn)063
四、Cre-loxP系統(tǒng)的應(yīng)用064
第五節(jié) DNA 分子的修飾064
一、末端轉(zhuǎn)移酶對DNA 的修飾作用064
二、T4多聚核苷酸激酶對DNA 的修飾作用064
三、堿性磷酸酶對DNA 的修飾作用065
本章小結(jié)066
思考題067

第四章 基因工程載體068
第一節(jié) 質(zhì)粒載體068
一、質(zhì)粒載體的基本特性068
二、理想質(zhì)粒載體的必備條件071
三、質(zhì)粒的改造與構(gòu)建071
四、載體中常用的遺傳標(biāo)記基因072
五、常用的克隆質(zhì)粒074
第二節(jié) 噬菌體載體077
一、噬菌體載體的生物學(xué)特性077
二、λ噬菌體載體078
三、柯斯質(zhì)粒080
四、M13噬菌體載體082
第三節(jié) 酵母載體083
一、整合型載體(YIp) 083
二、復(fù)制型載體(YRp) 083
三、附加體型載體(YEp) 084
第四節(jié) 常用的真核病毒載體085
一、 SV40病毒載體085
二、腺病毒載體086
三、逆轉(zhuǎn)錄病毒載體090
四、痘病毒載體093
五、單純皰疹病毒載體095
第五節(jié) 農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒096
一、T-DNA 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及功能096
二、Vir區(qū)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能098
第六節(jié) 人工染色體載體100
一、酵母人工染色體載體100
二、細(xì)菌人工染色體載體101
三、人類人工染色體載體103
四、P1人工染色體載體104
本章小結(jié)104
思考題105

第五章 目的基因克隆106
第一節(jié) PCR擴(kuò)增法獲得目的基因106
一、RT-PCR法106
二、其他PCR法108
第二節(jié) 基因的合成113
一、DNA 合成的原理113
二、人工合成基因115
第三節(jié) 基因組DNA 的克隆118
一、基因組文庫的構(gòu)建和檢測118
二、大片段文庫在環(huán)境基因組中的應(yīng)用122
第四節(jié) cDNA 文庫構(gòu)建及篩選123
一、RNA 提取與質(zhì)量鑒定123
二、cDNA 第一鏈的合成124
三、cDNA 第二鏈的合成124
四、雙鏈cDNA 的修飾及克隆125
五、cDNA 文庫的質(zhì)量評價126
第五節(jié) 差異克隆技術(shù)126
一、mRNA 差異顯示技術(shù)127
二、抑制性差減雜交技術(shù)128
第六節(jié) DNA 誘變130
一、定點(diǎn)突變130
二、隨機(jī)突變134
第七節(jié) 轉(zhuǎn)化、篩選與鑒定135
一、重組DNA 導(dǎo)入受體細(xì)胞135
二、重組子的篩選與鑒定139
三、DNA 序列測定141
本章小結(jié)145
思考題146

第六章 原核細(xì)胞基因工程148
第一節(jié) 原核表達(dá)系統(tǒng)的種類148
一、大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)149
二、芽孢桿菌表達(dá)系統(tǒng)150
三、鏈霉菌表達(dá)系統(tǒng)150
四、藍(lán)藻表達(dá)系統(tǒng)151
第二節(jié) 原核表達(dá)策略151
一、融合型表達(dá)152
二、非融合型表達(dá)152
三、分泌型表達(dá)153
四、多拷貝表達(dá)153
五、整合型表達(dá)154
六、提高表達(dá)效率的方法155
第三節(jié) 基因工程菌的大規(guī)模培養(yǎng)160
一、基因工程菌發(fā)酵的特點(diǎn)160
二、基因工程菌的深層培養(yǎng)方式161
三、發(fā)酵相關(guān)的反應(yīng)器163
第四節(jié) 原核表達(dá)產(chǎn)物的分離純化163
一、分離純化的目標(biāo)與策略164
二、分離純化的一般過程165
三、包涵體的溶解和重組蛋白的復(fù)性167
四、分泌蛋白質(zhì)的濃縮168
第五節(jié) 基因工程菌不穩(wěn)定性及對策169
一、基因工程菌不穩(wěn)定性產(chǎn)生的原因169
二、改善基因工程菌不穩(wěn)定性的方法170
第六節(jié) 原核表達(dá)應(yīng)用舉例173
本章小結(jié)174
思考題175

第七章 酵母基因工程176
第一節(jié) 酵母基因工程表達(dá)體系176
一、酵母基因表達(dá)宿主系統(tǒng)177
二、酵母表達(dá)載體178
三、轉(zhuǎn)化方法181
第二節(jié) 常見酵母基因表達(dá)系統(tǒng)182
一、釀酒酵母表達(dá)系統(tǒng)182
二、畢赤酵母表達(dá)系統(tǒng)185
三、解脂耶氏酵母表達(dá)系統(tǒng)187
四、粟酒裂殖酵母表達(dá)系統(tǒng)188
五、乳酸克魯維酵母表達(dá)系統(tǒng)190
第三節(jié) 影響外源基因表達(dá)的因素191
一、轉(zhuǎn)錄水平控制191
二、表達(dá)載體的拷貝數(shù)和穩(wěn)定性192
三、翻譯水平控制192
四、其他因素193
五、酵母表達(dá)系統(tǒng)的新應(yīng)用方向193
第四節(jié) 酵母基因工程應(yīng)用舉例194
一、利用重組酵母生產(chǎn)乙肝疫苗194
二、利用重組酵母生產(chǎn)人血清白蛋白195
本章小結(jié)196
思考題197

第八章 動物基因工程198
第一節(jié) 動物細(xì)胞基因工程198
一、動物細(xì)胞表達(dá)體系199
二、動物細(xì)胞表達(dá)載體的構(gòu)建203
三、動物細(xì)胞轉(zhuǎn)化方法與篩選205
第二節(jié) 轉(zhuǎn)基因動物210
一、轉(zhuǎn)基因動物的概念210
二、哺乳動物的轉(zhuǎn)基因操作210
三、外源基因的整合與表達(dá)214
第三節(jié) 動物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用前景218
一、基因功能的研究218
二、在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用219
三、在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用220
本章小結(jié)222
思考題222

第九章 植物基因工程223
第一節(jié) 植物基因工程載體223
一、植物基因工程載體的種類和特性223
二、植物基因工程載體的構(gòu)建224
第二節(jié) 植物基因工程遺傳轉(zhuǎn)化的受體系統(tǒng)229
一、植物基因轉(zhuǎn)化受體的條件229
二、轉(zhuǎn)化受體系統(tǒng)的類型及其特性230
第三節(jié) 植物遺傳轉(zhuǎn)化的方法232
一、農(nóng)桿菌介導(dǎo)法233
二、基因槍轉(zhuǎn)化法235
三、花粉管通道轉(zhuǎn)化法236
四、電擊轉(zhuǎn)化法236
五、化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化法237
六、顯微注射轉(zhuǎn)化法237
七、激光微束穿孔轉(zhuǎn)化法237
八、脂質(zhì)體介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法238
九、超聲波轉(zhuǎn)化法238
十、碳化硅纖維介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法238
第四節(jié) 轉(zhuǎn)基因植物篩選與鑒定238
一、生物學(xué)特性鑒定238
二、分子生物學(xué)檢測239
第五節(jié) 高等植物基因的誘導(dǎo)表達(dá)系統(tǒng)243
一、外源基因的四環(huán)素誘導(dǎo)系統(tǒng)243
二、外源基因的乙醇誘導(dǎo)系統(tǒng)245
三、外源基因的類固醇誘導(dǎo)系統(tǒng)246
四、外源基因的地塞米松誘導(dǎo)和四環(huán)素抑制系統(tǒng)247
第六節(jié) 植物基因工程的應(yīng)用248
一、基因工程生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因黃金水稻248
二、抗蟲害的轉(zhuǎn)基因植物249
三、抗除草劑植物的育種249
四、基因工程與植物的雄性不育250
五、利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)藥用蛋白251
本章小結(jié)251
思考題252

第十章 核酸分子雜交技術(shù)253
第一節(jié) 核酸分子雜交技術(shù)概述253
一、核酸分子雜交的原理253
二、核酸分子探針的制備254
三、核酸分子雜交種類與方法258
第二節(jié) 芯片技術(shù)265
一、基因芯片的基本原理265
二、基因芯片的種類265
三、基因芯片的制作技術(shù)267
四、基因芯片技術(shù)的應(yīng)用269
本章小結(jié)270
思考題271

第十一章 組學(xué)技術(shù)與應(yīng)用272
第一節(jié) 基因組學(xué)與DNA 測序272
一、人類基因組計劃272
二、基因組學(xué)的主要概念273
三、基因組的空間結(jié)構(gòu)特性274
四、DNA 測序技術(shù)275
五、高通量染色體構(gòu)象捕獲技術(shù)(Hi-C) 279
第二節(jié) 轉(zhuǎn)錄組學(xué)283
一、轉(zhuǎn)錄組測序方法及流程283
二、轉(zhuǎn)錄組分析流程287
三、轉(zhuǎn)錄組結(jié)果分析和聚類288
第三節(jié) 蛋白質(zhì)組學(xué)289
一、蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)流程與大規(guī)模分離鑒定技術(shù)289
二、蛋白質(zhì)二維電泳-質(zhì)譜技術(shù)290
三、同位素親和標(biāo)簽技術(shù)291
四、通過數(shù)據(jù)庫搜索鑒定蛋白質(zhì)291
五、蛋白質(zhì)的翻譯后修飾292
六、蛋白質(zhì)相互作用分析292
本章小結(jié)294
思考題294

第十二章 基因敲除、基因編輯和基因沉默295
第一節(jié) 基因敲除295
一、Cre-loxP基因敲除系統(tǒng)296
二、基因敲除技術(shù)的應(yīng)用298
第二節(jié) 基因沉默298
一、RNA 干擾299
二、基因沉默的應(yīng)用299
第三節(jié) 基因編輯301
一、CRISPR/Cas9系統(tǒng)301
二、CRISPR/Cas9系統(tǒng)的作用機(jī)制302
三、基因編輯的應(yīng)用303
本章小結(jié)304
思考題305

第十三章 生物信息學(xué)306
第一節(jié) 生物信息學(xué)基礎(chǔ)306
一、生物信息學(xué)概述306
二、生物信息的檢索及策略307
三、生物大分子序列的比對分析308
四、核酸序列分析310
五、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析311
六、基因的注釋314
第二節(jié) 微生物組數(shù)據(jù)分析322
一、擴(kuò)增子測序數(shù)據(jù)分析322
二、元基因組測序數(shù)據(jù)分析322
三、單菌基因組測序數(shù)據(jù)分析323
第三節(jié) 生物信息學(xué)編程基礎(chǔ)323
一、Linux操作系統(tǒng)323
二、生物信息學(xué)中的編程語言326
本章小結(jié)327
思考題327

第十四章 重組DNA 技術(shù)的應(yīng)用328
第一節(jié) DNA 與疾病診斷328
一、基因診斷的含義328
二、基因診斷的原理及特點(diǎn)329
三、基因診斷的方法329
四、基因診斷的應(yīng)用332
五、問題及展望337
第二節(jié) 疾病的基因治療338
一、基因治療的概念及內(nèi)容338
二、基因治療的策略與方法340
三、疾病的基因治療方案341
四、問題及展望343
第三節(jié) 傳染病的防治344
一、新發(fā)和再發(fā)傳染病的特征344
二、傳染病防治的新策略及研究內(nèi)容345
三、基因工程疫苗345
四、基因工程抗體348
五、DNA 重組技術(shù)在傳染病防治方面的前景展望349
本章小結(jié)349
思考題349

第十五章 基因工程藥物350
第一節(jié) 基因工程制藥的關(guān)鍵技術(shù)351
一、基因工程菌的構(gòu)建351
二、基因工程藥物的中試技術(shù)353
三、基因工程藥物的分離與純化技術(shù)353
四、基因工程藥物的制劑研究356
第二節(jié) 基因工程藥物的改造358
一、構(gòu)建突變體358
二、構(gòu)建融合蛋白359
第三節(jié) 基因工程藥物的質(zhì)量控制360
一、基因工程藥物的質(zhì)量控制要點(diǎn)360
二、方法及技術(shù)應(yīng)用362
第四節(jié) 基因工程在制藥工業(yè)中的應(yīng)用365
一、大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)生產(chǎn)重組人甲狀旁腺激素365
二、酵母表達(dá)系統(tǒng)生產(chǎn)重組乙肝疫苗367
三、哺乳動物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)生產(chǎn)重組人促紅細(xì)胞生成素369
本章小結(jié)371
思考題371

第十六章 基因工程產(chǎn)品的安全管理與專利保護(hù)372
一、基因工程實(shí)驗室生物安全管理372
二、基因工程操作對象和轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品可能帶來的危害376
三、基因工程產(chǎn)品的安全管理現(xiàn)狀378
四、基因工程產(chǎn)品的專利及保護(hù)問題381
本章小結(jié)384

參考文獻(xiàn)385