本教材根據(jù)目前生命科學領域中基因工程技術的研究與應用現(xiàn)狀，重點針對普通高等院校生物、醫(yī)藥類本科專業(yè)的教學特點和培養(yǎng)目標要求，結合生物技術的應用實際，系統(tǒng)介紹了基因工程的基本原理與技術，及其在相關領域的應用、新進展和未來發(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基礎，包括基因與基因表達調(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，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及其應用，其內(nèi)容主要有目的基因克隆的原理與技術、目的基因在原核與真核生物中表達的原理與技術；三是基因工程技術的發(fā)展與應用，主要介紹了基因工程相關的技術發(fā)展及在相關領域的應用和基因工程產(chǎn)品的安全管理與專利保護問題。
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，武漢輕工大學生物與制藥工程學院，院長，教授，湖北省重點（培育）學科生物學負責人。中國生化與分子生物學學會脂質(zhì)與脂蛋白專業(yè)委員會委員。湖北省食品安全企業(yè)標準備案審查專家。湖北省食品安全風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會常務理事。湖北省毒理學會理事。
1989年工作以來，一直從事教學與科研工作。先后承擔過生物化學、基因工程、生化技術、生物制藥技術等十多門課程的教學工作，是省級精品課程生物化學（2011至今）的課程負責人。曾先后獲得：校“優(yōu) 秀教師”（2003年）、“評建工作先進個人” （2006年）、“教書育人先進個人”（2007年）、“師德標兵”（2012年）等榮譽。2009年獲校教學成果一等獎，2012年獲校教學成果特等獎。2013年獲得全省第六屆教育科學研究優(yōu) 秀成果獎三等獎。指導學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，授權發(fā)明專利2項，主持或承擔國家自然科學基金3項，承擔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調(diào)控11
第一節(jié)基因的結構與功能11
一、基因的分子基礎11
二、結構基因的基本結構12
三、原核生物基因結構與調(diào)控模式13
四、真核生物基因結構與調(diào)控模式14
五、特殊結構與功能的基因16
第二節(jié)基因組的結構與功能18
一、病毒基因組的結構與功能特點19
二、原核生物基因組的結構與功能特點20
三、真核生物基因組結構與功能的特點20
四、線粒體基因組21
五、人類基因組22
第三節(jié)基因的表達與調(diào)控23
一、基因表達調(diào)控的基本原理24
二、原核生物的基因表達調(diào)控26
三、真核生物的基因表達調(diào)控31
本章小結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、影響連接反應的因素58
第四節(jié)DNA分子的修飾59
一、末端轉移酶對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)粒表達載體78
一、Ti質(zhì)粒的結構78
二、Ti質(zhì)粒的改造79
三、Ti質(zhì)粒表達載體80
第五節(jié)病毒表達載體81
一、昆蟲細胞的桿狀病毒表達載體81
二、SV40病毒表達載體82
三、反轉錄病毒載體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、細菌人工染色體（BAC）載體94
三、P1人工染色體載體96
本章小結97
思考題97
第五章目的基因克隆99
第一節(jié)PCR擴增法獲得目的基因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、基因組文庫的構建和檢測111
二、大片段文庫在環(huán)境基因組中的應用114
第四節(jié)cDNA文庫構建及篩選115
一、RNA提取與質(zhì)量鑒定116
二、cDNA文庫構建117
三、cDNA文庫的質(zhì)量評價120
第五節(jié)差異克隆技術120
一、mRNA差異顯示技術（DDRTPCR）120
二、抑制性差減雜交技術122
第六節(jié)DNA誘變124
一、定點突變124
二、隨機突變127
第七節(jié)轉化、篩選與鑒定128
一、重組DNA導入受體細胞129
二、重組子的篩選與鑒定133
三、DNA序列測定135
本章小結138
思考題139
第六章原核細胞基因工程140
第一節(jié)原核表達系統(tǒng)的種類140
一、大腸桿菌表達系統(tǒng)141
二、芽孢桿菌表達系統(tǒng)142
三、鏈霉菌表達系統(tǒng)142
四、藍藻表達系統(tǒng)143
第二節(jié)原核細胞表達策略143
一、融合型表達144
二、非融合型表達144
三、分泌型表達145
四、多拷貝表達145
五、整合型表達146
六、提高表達效率的方法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、相關發(fā)酵的反應器155
第四節(jié)原核細胞表達產(chǎn)物的分離純化156
一、分離純化的目標與策略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)原核細胞表達應用舉例166
本章小結167
思考題168
第七章酵母基因工程169
第一節(jié)酵母基因工程表達體系169
一、酵母基因表達宿主系統(tǒng)169
二、酵母表達載體171
三、轉化方法175
第二節(jié)常見酵母基因表達系統(tǒng)175
一、釀酒酵母表達系統(tǒng)175
二、畢赤酵母表達系統(tǒng)178
三、解脂耶氏酵母表達系統(tǒng)180
四、粟酒裂殖酵母表達系統(tǒng)181
五、乳酸克魯維亞酵母表達系統(tǒng)183
第三節(jié)影響外源基因表達的因素184
一、轉錄水平控制184
二、表達載體的拷貝數(shù)和穩(wěn)定性185
三、翻譯水平控制185
四、其他因素186
五、酵母表達系統(tǒng)的新的應用方向186
第四節(jié)酵母基因工程應用舉例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189
思考題190
第八章動物基因工程191
第一節(jié)動物細胞基因工程191
一、動物細胞表達體系191
二、動物細胞表達載體的構建196
三、動物細胞轉化方法與篩選198
第二節(jié)轉基因動物202
一、轉基因動物概念202
二、哺乳動物的轉基因操作203
三、外源基因的整合與表達207
第三節(jié)動物轉基因技術的應用前景210
一、基因功能的研究210
二、在農(nóng)業(yè)上的應用211
三、在醫(yī)學上的應用212
本章小結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建216
第二節(jié)植物基因工程遺傳轉化的受體系統(tǒng)221
一、植物基因轉化受體的條件221
二、轉化受體系統(tǒng)的類型及其特性222
第三節(jié)植物遺傳轉化的方法225
一、農(nóng)桿菌介導法225
二、基因槍轉化法227
三、花粉管通道轉化法228
四、電激轉化法228
五、化學物質(zhì)誘導轉化法229
六、顯微注射轉化法229
七、激光微束穿孔轉化法230
八、脂質(zhì)體介導轉化法230
九、超聲波法230
十、碳化硅纖維介導轉化法230
第四節(jié)轉基因植物篩選與鑒定230
一、生物學特性鑒定231
二、分子生物學檢測231
三、基因芯片檢測技術234
第五節(jié)高等植物基因的誘導表達系統(tǒng)235
一、外源基因的四環(huán)素誘導系統(tǒng)235
二、外源基因的乙醇誘導系統(tǒng)237
三、外源基因的類固醇誘導系統(tǒng)237
四、外源基因的地塞米松誘導和四環(huán)素抑制系統(tǒng)238
第六節(jié)植物基因工程的應用239
一、基因工程生產(chǎn)轉基因黃金水稻239
二、抗蟲害的轉基因植物240
三、抗除草劑植物的育種240
本章小結241
思考題242
第十章基因工程相關新技術243
第一節(jié)核酸分子雜交技術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、基因芯片制作技術的基本步驟257
四、基因芯片技術的應用259
第三節(jié)蛋白質(zhì)組學與酵母雙雜交259
一、蛋白質(zhì)組學259
二、酵母雙雜交技術261
第四節(jié)基因敲除技術264
一、Cre-LoxP基因敲除系統(tǒng)265
二、基因敲除技術的應用267
第五節(jié)生物信息學267
一、生物信息學概述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)結構分析273
本章小結277
思考題277
第十一章重組DNA技術的應用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重組技術在傳染病防治方面的前景展望296
本章小結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)品的專利及保護問題306
本章小結308
思考題308
參考文獻309
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