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第一章 基因工程的奠基石——原核生物分子遗传学概述 1

第一节 原核生物分子遗传学发展简史 1

一、基因概念认识的深化 1

目 录 1

二、分子遗传学的形成与发展 2

三、原核生物分子遗传学是基因工程的奠基石 3

一、原核生物基因组的特点 6

二、细菌基因转移的途径 6

第二节 原核生物基因组和基因的转移 6

三、原核生物中的转座行为 8

第三节 基因突变 9

一、突变与基因符号 10

二、突变的分子基础 10

三、突变株的分离与检测 12

第四节 细菌染色体和质粒的复制 13

一、DNA复制的研究方法 13

二、大肠杆菌染色体的复制 13

三、质粒的复制 14

一、操纵子水平的转录调控 15

第五节 原核生物基因的表达与调控 15

二、基因表达的生理调控 16

三、基因表达的反义调控 17

参考文献 18

一、真核生物基因组的C值悖理 19

二、真核生物基因组的特点 19

第一节 真核生物基因组 19

第二章真核生物基因及其特点 19

第二节 真核生物基因组DNA序列的复杂性 20

一、真核生物基因组DNA序列的类型 20

二、基因家族 21

第十章转基因动物 1 21

三、人类基因组的结构和组成 22

四、真核生物基因的复杂性 23

第三节 DNA分子标记 27

一、RFLP标记 28

二、RAPD标记 29

三、AFLP标记 29

四、SSR标记 30

第四节 真核基因表达调控元件 31

一、真核基因的顺式作用元件 31

二、调控转录的反式作用因子 32

参考文献 34

第二节 限制性内切酶 36

二、核酸水解酶 36

一、酶的命名原则 36

第一节 酶学的基本概念 36

第三章重组DNA技术的基本方法 36

一、限制性内切酶的分类 37

二、限制性内切酶的命名及其识别特点 37

三、限制性内切酶的切割方式 37

四、限制酶产生的末端的连接 38

五、限制酶反应的影响因素 38

一、DNA聚合酶 39

第三节 其他工具酶 39

六、星号活性 39

二、T4噬菌体DNA连接酶 41

三、T4多聚核苷酸激酶 41

四、碱性磷酸酶 41

五、核酸酶 41

第四节 DNA序列分析 42

一、Maxam-Gilbert化学法 42

二、Sanger的双脱氧法 42

三、自动测序的发展 42

第五节 寡核苷酸的合成 43

一、寡核苷酸的生物合成 43

二、寡核苷酸的化学合成 43

三、DNA化学合成的应用 43

参考文献 44

一、聚合酶链反应的原理 45

二、PCR的反应条件 45

第一节 聚合酶链反应技术 45

第四章聚合酶链反应 45

三、TaqDNA聚合酶与PCR扩增的精确性 46

五、PCR的引物 47

四、PCR的模板 47

六、PCR模板的制备 48

七、PCR扩增产物的电泳分析 48

八、PCR产物克隆方法 49

九、PCR应用中存在的问题与解决方法 50

十、PCR技术最新进展 50

二、PCR在遗传病的诊断和研究中的应用 52

一、在传染病的诊断和研究中的应用 52

第二节 聚合酶链反应在医学中的应用 52

三、在肿瘤的诊断、研究及残留癌细胞监测中的应用 53

四、在性别鉴定中的应用 54

五、在法医鉴定中的应用 55

六、在器官移植配型中的应用 55

参考文献 56

第五章基因的克隆和分离 57

二、选择合适的方法制备DNA片段并克隆 57

第一节 基因克隆和分离的基本步骤 57

一、选择含目的基因的实验材料 57

三、选择合适方法筛选目的基因 58

第二节 cDNA文库的构建 58

一、cDNA合成 58

二、获取全长的cDNA 59

三、将cDNA重组到载体上 60

第三节 目的cDNA克隆的筛选 60

一、用核酸探针筛选目的cDNA 60

二、用寡核苷酸探针筛选目的cDNA 61

三、差示筛选组织特异的cDNA 61

四、用抗体筛选目的cDNA 62

五、功能结合法筛选目的cDNA 63

六、cDNA顺序测定 63

第四节 基因组DNA克隆 64

二、构建基因组文库的克隆载体 65

一、制备用于克隆的DNA片段 65

三、染色体移步分析长片段真核基因 66

参考文献 66

第六章基因组工程 68

第一节 基因组工程的诞生 68

一、基因研究与基因工程的发展 68

二、基因组计划和生物信息学的发展 68

第二节 基因工程与基因组工程的对比 69

一、操作的基因和载体 69

三、工程性操作手段 70

四、产物检测 70

二、克隆和扩增的宿主 70

第三节 基因组工程技术 71

一、基因组工程载体 71

二、基于遗传同源重组的人工染色体拼接技术 72

三、两种常用的重组序列与重组酶系统 73

四、探索中的染色体大片段遗传操作 73

五、带有外源染色体大片段的新个体的构建 75

第四节 基因组工程学的研究展望 76

一、遗传语文——遗传、发育、分化的操作指令和程序 76

二、细胞生命活动的网络（整合生物学） 77

三、人类社会21世纪主导产业的希望之星——基因组工程产业 77

参考文献 78

第七章大肠杆菌中高效表达基因的策略 79

第一节 关于表达系统 79

第二节 构建有效的表达载体 79

第三节 转录水平的调控 80

一、启动子和阻遏蛋白 80

二、转录终止子 81

第四节 翻译水平的调控 82

一、mRNA核糖体结合部位的调控成分 82

二、mRNA翻译起始区二级结构对翻译起始的影响 83

三、密码子的选用与翻译延长速率 86

参考文献 89

一、常用宿主 90

二、酵母表达载体的结构特点 90

第八章外源基因在酵母中的表达 90

第一节 酵母表达系统概述 90

三、基于酵母表达系统的其他用途 91

四、酵母作为外源基因表达系统的缺陷和初步解决方法 91

第二节 常规酵母表达系统 92

第三节 非常规酵母表达系统 93

一、甲醇酵母 93

二、多形汉逊酵母 96

三、克鲁维酵母 96

第四节 酵母双杂交系统——研究基因功能的重要工具 97

一、酵母双杂交系统的原理 97

二、酵母双杂交系统的发展 98

三、酵母双杂交系统的应用 98

第三节 基因芯片的应用 1 99

四、酵母双杂交系统的缺陷 99

第五节 利用酵母表达系统的分子筛药体系 100

一、酵母表面展示系统在抗体工程和药物筛选中的应用 100

二、表达G－蛋白偶联受体的基因工程酵母菌作为分子筛药体系 102

参考文献 105

第九章外源基因在哺乳动物细胞中的表达 108

第一节 病毒载体系统 108

一、空泡病毒 108

二、牛痘病毒 110

三、牛疣病毒 111

四、逆转录病毒 112

五、腺病毒 115

第二节 用于表达cDNA基因的载体 116

三、转录终止位点和多聚腺苷酸化信号 117

一、启动子与增强子 117

二、RNA剪接信号 117

四、mRNA的翻译 118

第三节 载体的遗传标记－选择系统 119

一、胸腺嘧啶核苷激酶基因 119

二、氨基葡萄糖苷3′－磷酸转移酶基因 120

三、二氢叶酸还原酶基因 120

参考文献 120

第一节 显微注射法制备转基因小鼠 122

一、显微注射法制备转基因小鼠的过程 122

二、外源基因在受体基因组中的整合特点 127

三、外源基因在转基因小鼠内的表达特点 128

第二节 病毒转染法制备转基因小鼠 129

一、逆转录病毒转染法制备转基因小鼠 129

一、体外转染生殖细胞法 132

第三节 以生殖细胞为载体制备转基因小鼠 132

二、腺病毒转染法制备转基因小鼠 132

二、体内转染生殖细胞法 133

第四节 胚胎干细胞介导法制备转基因小鼠 134

一、基因剔除小鼠 134

二、基因替换小鼠 138

第五节 利用位点特异性重组系统制备转基因小鼠 139

一、位点特异性重组系统的组成 139

二、位点特异性重组系统的应用 140

第六节 体细胞克隆技术制备转基因鼠 143

第七节 转基因小鼠的命名 143

三、实验动物模型的建立 144

第八节 转基因小鼠在医学科学研究中的应用 144

二、疾病发生机制的探讨 144

一、基因功能分析 144

五、药理学研究中的应用 145

四、多基因遗传病的研究 145

六、毒理学研究中的应用 146

七、药用蛋白生产 148

参考文献 148

第十一章转基因植物 150

第一节 概述 150

第二节 植物转基因的技术路线 150

第三节 转基因植物的目的基因 151

一、抗植物病虫害基因 151

二、抗除草剂基因 157

三、抗非生物胁迫基因 157

四、改良作物品质的基因 159

六、其他植物其他性状的基因 162

五、提高作物产量的基因 162

第四节 植物转基因方法 163

一、原生质体转化法 163

三、农杆菌介导法 164

二、基因枪法 164

四、电击法 165

五、花粉管通道法 165

第五节 外源基因整合的鉴定 166

一、标记基因（或选择基因） 166

二、PCR检测与分子标记 166

一、报告基因的检测 167

第六节 外源基因表达的检测 167

三、Southern杂交 167

二、外源基因转录的检测 169

三、外源基因表达蛋白的检测 169

第七节 植物生物反应器 170

第八节 转基因植物的研究进展 171

一、全球转基因作物商品化 171

二、我国转基因作物的发展 174

第九节 转基因植物的安全性评价 174

参考文献 177

第十二章微生物基因组学 179

第一节 基因组全序列的测定和分析 180

一、基因文库的构建和序列测定 180

二、缺口填补 180

三、编译读框和蛋白质功能的确定 181

第二节 微生物基因组学和药物的发现和设计 181

一、主要的研究方法 182

二、药物靶点的筛选 182

三、微生物基因组学与致病菌的致病机制及抗药性机制的研究 183

四、探寻新药开发途径、寻找新的治疗方法 183

五、微生物基因组学与药物的筛选 184

参考文献 185

第十三章基因芯片技术及其应用 186

第一节前言 186

一、基因芯片原理及制备方法 187

第二节 基因芯片实验原理 187

二、样本制备、标记与芯片杂交 194

三、图像处理与数据处理 195

一、基因芯片在测序及再测序中的应用 199

二、芯片在突变和多样性检测和分析中的应用 200

三、基因芯片与大规模基因表达谱分析 203

四、基因芯片在疾病诊断中的应用 206

五、基因芯片技术在药物研究中的应用 208

六、基因芯片技术在疾病耐药性研究及检测方面的应用 210

七、基因芯片在微生物菌种鉴定及致病机制中的应用 213

八、基因芯片在农林业中的应用 213

九、基因芯片在军事、司法中的应用 214

十、基因芯片在环境保护中的应用 214

参考文献 214

第十四章人类基因组研究 216

第一节 概述 216

一、疾病与基因 216

二、人类基因组研究计划与目标 217

一、基因组物理图谱 218

第二节 基因组图谱分析 218

二、基因组遗传图谱 223

三、基因组表达图谱 224

四、基因组SNP图谱 224

二、功能克隆法 225

三、定位克隆法 225

一、功能基因和疾病基因克隆 225

第三节 基因功能、基因与疾病 225

四、候选基因 231

第四节 基因功能研究 231

一、基因剔除法 231

二、转基因模型 232

三、酵母双杂交法 232

四、单核苷酸多态性 233

第五节 人类基因组研究进展与展望 233

参考文献 234

中西文名词对照 235