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图1.1 烟草花叶病毒（TMV）杆状粒子的电子显微镜照片 1

第一节 从基因到DNA 1

第一章 分子生物学与植物分子生物学简史 1

图1.3 肺炎双球菌的两种不同形态的菌落 3

图1.2 埃弗里首次证明DNA是遗传物质 3

第二节 从噬菌体到DNA双螺旋结构 4

图1.4 埃弗里的细菌转化实验示意图 4

图1.5 噬菌体的结构模型与赫尔希－蔡斯试验 5

图1.6 使DNA双螺旋结构得以破解的X射线衍射照片 7

图1.7 沃森（左）和克里克（右）正在研究DNA结构模型 7

第三节 RNA与遗传密码 8

图1.8 乳糖操纵子（Lac Operon）示意图 9

第四节 生物技术时代来临 10

图1.9 世界上第一个基因工程产品——促生长素抑制素（somatostatin）的结构 11

第五节 植物分子生物学 11

第六节 基因组学的诞生 14

第一节 植物的基因组 16

表2.1 一些物种的细胞核基因组（双倍体）DNA含量和物理长度 16

一、基因组的复杂性 16

第二章 植物的基因组与基因组学 16

二、简单序列和重复序列 17

图2.1 拟南芥细胞蛋白质二维聚丙烯酰胺凝胶电泳图 18

三、表达基因的数量 18

图2.2 植物叶绿体基因组结构示意图 19

四、叶绿体基因组 19

表2.2 已知DNA序列的植物质体基因组 20

五、线粒体基因组 21

图2.3 甜菜线粒体基因组图 22

七、线粒体和叶绿体中的RNA编辑 23

六、混源DNA 23

第二节 基因组学简介 25

八、线粒体和叶绿体的起源 25

一、以互联网络为平台的数据库 26

二、组建基因组的物理图谱和遗传图谱 27

三、基因组序列分析及其策略 27

图2.5 鸟枪法全基因组测序及组装 28

图2.4 作图法基因组测序及组装 28

四、分析基因组序列的结构特点 29

图2.6 人类基因组中GC含量与基因的关系 30

五、鉴定基因组中的基因并确定其功能 31

六、建立基因表达数据库 33

图2.7 序列相关基因之间的亲缘关系 33

图2.8 几丁质诱导的拟南芥基因表达 34

七、建立基因及表现型之间的关系 34

八、确定DNA序列的多样性 35

九、为比较不同生物的基因组提供资料 36

十、基因的命名 36

十一、基因组学研究举例：全基因组鸟枪法测序人类基因组研究 38

第三节 拟南芥基因组 41

二、拟南芥基因组的结构特点 42

一、拟南芥基因组概况 42

图2.9 拟南芥基因组中串联重复基因排列的数量分布 43

图2.10 拟南芥基因组大片段基因加倍 43

表2.3 拟南芥三个基因组的一般特征 44

表2.4 拟南芥基因组中转座子的类型及分布 45

三、非编码RNA基因 46

四、编码基因 47

表2.5 拟南芥基因组编码的主要蛋白质家族 48

表2.6 部分InterPro结构域蛋白质在拟南芥、酵母、果蝇、线虫蛋白质组中的分布 49

五、主要蛋白功能类群 50

表2.7 一些重要的和植物独特的转录因子家族 52

表2.8 拟南芥的受体蛋白激酶家族成员种类 53

一、籼稻基因组 57

第四节 水稻基因组 57

二、粳稻基因组 59

三、国际水稻基因组计划 62

表2.9 水稻两个亚种间在第四染色体部分序列间的多态性 63

表2.10 水稻和拟南芥基因组的基本特征比较 63

图3.1 无所不能的RNA 64

第三章 基因的结构 64

表3.1 非编码RNA的名称和种类 65

第一节 非编码RNA基因的结构 65

表3.2 ncRNA参与的细胞生物过程 66

一、具有核酶性质的RNA 66

表3.3 核酶的种类 67

图3.2 原生动物Tetrah ymena thermophila的Ⅰ类内含子二级结构 68

图3.3 核酶切割RNA的酸－碱催化反应和双金属离子催化反应 69

图3.4 内含子自我拼接的机制 70

图3.5 桃潜隐花叶类病毒的二级结构及构成的锤头状核酶结构 71

图3.6 锤头状核酶的三维结构 72

图3.7 酵母细胞核核酸酶P的RNA亚基二级结构 73

二、小细胞核RNA 74

图3.8 拼接小体催化核心的二级结构模型及与Ⅱ类内含子第Ⅴ、第Ⅵ结构域的比较 75

三、小细胞核仁RNA 75

图3.9 Box C/D和Box H/ACA snoRNA的结构与功能 76

图3.10 两种RNA中被修饰的核苷 77

四、miRNA 78

图3.11 拟南芥和水稻miRNA基因结构的保守性 79

五、其他非编码RNA 80

表3.4 在植物中发现的部分ncRNA 81

第二节 编码基因的一般结构 82

图3.12 大肠杆菌基因的启动子结构 82

一、原核生物基因的特点 82

图3.13 典型真核生物基因的结构示意图 83

二、植物基因的结构 83

图3.14 1993年诺贝尔生理或医学奖获得者理查德·罗伯茨（Richard John Roberts）及他利用电子显微镜证明内含子存在的照片 84

图3.15 U2型细胞核mRNA前体内含子的保守序列 85

图3.16 多顺反子与单顺反子概念示意图 86

第三节 参与基因转录的蛋白质结构 87

图3.17 mRNA的5′帽子结构 87

一、RNA聚合酶Ⅱ 88

表3.5 不同RNA聚合酶对抗生素利福平（rifampicin）和毒伞肽毒素（a-amanitin）的敏感性 88

二、普通转录因子及辅助激活子 89

图3.18 酵母RNA聚合酶Ⅱ的三维结构 89

图3.19 人类TBP、TFIIB与腺病毒启动子组成的复合体 91

表3.6 人类RNA聚合酶Ⅱ及其转录因子的结构与功能 92

表3.7 转录辅助调节子分类 93

三、激活子（特异转录因子） 95

图3.20 后生动物TAFII250的示意图 95

图3.21 转录辅助激活子复合体与基因表达 96

图3.22 拟南芥R2R3型MYB结构域的保守序列 97

图3.24 Ⅱ型MADS蛋白的一般结构 98

图3.23 MADS盒蛋白序列 98

图3.25 人类血清反应因子（SRF）MADS结构域的X射线衍射模型 98

四、转录因子的典型结构域 99

图3.26 果蝇EN蛋白同源异型结构域与DNA结合的高级结构示意图 99

图3.27 锌指结构示意图 100

图3.28 螺旋－环－螺旋结构与DNA结合示意图 101

图3.30 翼式螺旋结构域NMR模型 102

图3.29 亮氨酸拉链示意图 102

图3.31 花椰菜花叶病毒的电子显微镜照片（300 000倍） 103

第四节 植物基因和用于植物基因研究的启动子 103

一、35S启动子 104

图3.32 CaMV 35S RNA启动子的结构与序列 105

二、可诱导的启动子 106

图3.34 四环素抑制子系统与35S启动子组成的杂合启动子 108

图3.33 Tn10上的四环素抗性基因系统的调控 108

图3.35 细胞核受体蛋白的基本结构 109

图3.36 糖皮质激素控制的蛋白质功能激活系统 110

图3.37 受糖皮质激素控制的基因转录系统 110

图3.38 糖皮质激素及其类似物的分子结构式 111

图3.39 根据曲霉的alc调控元设计的植物转基因可诱导表达系统 111

图3.40 报告基因在alcR alc::GUS转基因拟南芥中的表达受诱导物乙醇剂量的控制 112

第一节 染色质结构对基因转录的影响 113

一、染色质结构的变化对转录起始过程至关重要 113

第四章 基因的表达与调控 113

图4.1 染色质结构的动态变化 114

图4.2 核小体核心粒体和1466bpDNA片段组成的复合体X射线衍射结构 115

二、染色质结构变化的机制 116

图4.3 转录激活子VP16引起的染色质大规模松弛 116

图4.4 依赖于ATP的染色质重建 117

图4.5 脊椎动物组蛋白N端序列的修饰位点 118

表4.1 组蛋白乙酰转移酶家族 119

图4.6 人类TAFII2500双bromodomain的三维结构图 122

第二节 编码基因的转录过程 124

图4.7 启动子的TATA盒与转录起始因子结合三维示意图 125

一、编码基因转录的起始过程 125

图4.8 编码基因的转录后处理：传统模式 126

二、编码基因的转录及转录后处理 126

图4.9 人类细胞hnRNA 3’端加polyA尾的过程 128

图4.10 B1阶段的拼接小体结构 129

三mRNA向细胞质内的运输 129

图4.11 参与mRNA细胞核输出的蛋白质的结构 131

图4.12 mRNA输出细胞核模型 131

第三节 mRNA的质量监控 131

图4.13 鉴定能够引发mRNA“无意义介导的降解”的蛋白质 134

第四节 基因表达是一个整体的、连续的过程 134

一、5’端加帽与转录的延长和终止 135

二、转录的起始和延长与mRNA前体的处理 135

三、mRNA输出与mRNA前体的处理过程是耦联的 136

第五节 异位拼接与基因表达的调控 137

图4.14 异位拼接的几个模式 138

一、烟草抗病毒的N基因的异位拼接 138

图4.15 烟草N基因的异位拼接 139

二、拟南芥基因FCA通过异位拼接控制开花时机 139

图4.16 FCA基因结构图及其与报告基因GUS组成的融合基因 140

三、绿色荧光蛋白为什么不发光 141

第六节 mRNA的翻译及其调控 142

图4.17 GFP的mRNA在转录后被非正常地拼接 142

一、mRNA携带的调控信息 143

表4.2 植物mRNA起始密码子两侧碱基出现的频率 144

图4.18 核糖体30s亚基及其上面的三个tRNA 145

二、mRNA翻译的起始过程 145

表4.3 真核细胞翻译mRNA的起始因子 146

三、基因特异的翻译调控 149

图4.19 烟草花叶病毒的Ω序列 150

四、翻译水平的重新编码 151

图4.20 烟草花叶病毒终止密码子UAG的翻译通过 153

图4.22 大麦黄矮病毒（BYDV）P1-P2融合蛋白来自核糖体移框翻译 154

图4.21 莫洛尼鼠白血病病毒的终止密码子翻译通过 154

第七节 蛋白质功能的调控 155

一、蛋白质的运输 155

图4.23 真核细胞内蛋白质的运输 156

表4.4 典型动物蛋白运输信号肽序列 157

图4.24 输入素a的一般结构 159

二、蛋白质的处理 160

图4.25 N－甲基化的氨基酸分子结构式 161

三、蛋白质的翻译后共价修饰 161

图4.26 N－多糖和O－多糖与蛋白质的连接 162

四、蛋白质的翻译后非共价修饰 163

五、蛋白质的泛素化及蛋白质降解 165

图4.27 泛素介导的蛋白质降解 165

图4.28 拟南芥泛素前体蛋白UBQ4和UBQ1的结构 166

图4.29 拟南芥E1蛋白UBA1（GenBank AAB39246）的结构 166

图4.30 拟南芥中的四类E2蛋白 167

图4.31 RING指的“双卡”结构 168

图4.32 26S蛋白酶体的结构与功能 169

图4.33 酵母20S蛋白酶体催化核心 169

图4.34 AUX/IAA和ARF蛋白的结构特点 172

第八节 基因沉默 174

一、基因沉默现象是普遍存在的 175

二、小干扰RNA与基因沉默机理 176

图4.35 双链RNA诱导的基因沉默机理 177

三、双链RNA是PTGS现象的关键 179

四、PTGS是植物抵抗RNA病毒侵染的防御机制 181

图4.36 马铃薯X病毒（PVX）和马铃薯Y病毒（PVY）的互促作用 182

图4.37 PVY病毒基因克服病毒诱导的基因沉默 183

图4.39 基因沉默调控子－钙调蛋白（rgs-CaM）的氨基酸残基序列及其在植物中的表达 184

图4.38 PVY属病毒基因克服病毒诱导的GFP转基因沉默 184

图4.40 rgs-CaM克服GFP转基因沉默 185

图4.41 本珊烟草从TRV-GFP侵染中康复 186

图4.42 康复与交叉保护作用的关系：PVX重组病毒挑战接种试验 187

图4.43 TRV-GFP的康复与瞬间表达基因的PTGS 188

图4.44 PVX诱导的交叉保护作用 189

五、基因沉默与DNA的甲基化 190

图4.46 烟草花叶病毒（TMV）病的症状和病毒RNA在植物体内的积累 190

图4.45 烟草RdRP基因mRNA在野生型和转基因植物中的积累 190

表4.5 利用限制性内切核酸酶检测DNA的甲基化 194

第五章 基因的功能分析 196

图5.1 分子遗传学的研究方向 197

第一节 遗传图谱与连锁分析 197

一、遗传图谱与物理图谱 197

图5.2 拟南芥第一染色体图谱 199

二、拟南芥的基因组图谱 199

图5.3 拟南芥的基因组序列图谱局部放大图 200

图5.4 拟南芥的遗传图谱局部放大图 200

三、分子标记技术 201

图5.5 检测限制性片段长度多态性的主要步骤 202

图5.6 AFLP试验的主要成分 203

图5.7 简单序列长度多态性及其检测方法 204

表5.1 拟南芥Col-0和Ler生态型间的22个SSLP标记 205

图5.8 酶切位点扩增多态性（CAPs）及其检测方法 206

四、利用分子标记进行基因定位 206

图5.9 近等基因系的建立 207

图5.10 群分法分析拟南芥幼苗的突变 209

第二节 基于作图的基因克隆 209

一、根据作图从拟南芥中克隆基因 210

二、青椒细菌性斑点病抗病基因Bs2的克隆 211

图5.11 根据图谱克隆青椒细菌斑点病抗病基因Bs2 213

三、克隆控制番茄糖度的QTL 213

图5.12 数量性状位点（QTL）Brix9-2-5的精细作图 215

图5.13 Brix9-2-5的精确位置 216

图5.14 IL9-2-5在有限开花番茄背景下的高精度数量性状位点图谱 217

四、定位及克隆控制番茄果实重量的QTL 218

图5.15 fw2.2在番茄第二染色体上的高精度遗传图谱和物理图谱 219

图5.16 番茄第二染色体fw2.2区域重组植物基因型图示 220

图5.17 fw2.2的定位与克隆 220

第三节 基因的突变分析 221

一、化学诱变及目的基因突变植物的筛选 222

二、转座子及转座子突变系统 223

图5.18 TILLING：瞄准基因组中诱导的局部突变 223

图5.19 玉米Ac转座子的结构及表达 225

图5.20 细菌插入序列的转座模型 226

图5.21 利用转座子诱导基因的插入突变 227

四、加强子陷阱、启动子陷阱和基因陷阱 228

三、T-DNA及T-DNA突变系统 228

五、激活标签突变 229

六、根据基因标签克隆基因 229

图5.22 质粒拯救法鉴定T-DNA插入的基因 230

图5.23 TAIL-PCR的原理和程序 231

第四节 基因的表达分析 231

一、基因的超量表达 232

二、基因的抑制表达 233

三、通过基因的表达研究基因功能 233

图5.24 ACS基因在番茄中的表达 236

图5.25 乙烯诱导ACS基因在番茄中的表达 237

图5.26 ACS基因在成熟Nr突变型番茄中的表达 238

图5.27 ACS基因在番茄乙烯合成过程中的表达调控模型 239

一、蛋白质的结构分析与同源分析 240

第五节 蛋白质的序列分析 240

二、蛋白质的信息资源 241

三、蛋白质序列分析举例 243

图5.28 BLAST分析CAF的同源蛋白结果的图像显示 244

表5.2 InterPro分析CAF序列的结果 246

图5.29 用CAF蛋白序列在CDD数据库检索的结果 246

表5.3 CAF蛋白序列在PANAL数据库的分析结果 247

一、植物病理学基础 248

第六节 植物的抗病性与抗病基因 248

图5.30 决定植物病害发生的三个因素 249

图5.31 基因对基因理论的遗传学模型 250

二、抗病基因的结构与功能 250

表5.4 已知基因序列的植物抗病基因及其结构特征 251

图5.33 富含亮氨酸重复序列（LRR）的高级结构 255

图5.32 植物R蛋白与动物参与内部免疫反应的蛋白质的结构比较 255

图5.34 番茄R蛋白Cf-4和Cf-9的结构比较 256

图5.35 SNARE蛋白复合体是由4个a螺旋组成的复式螺旋 257

表5.5 拟南芥基因组中与R蛋白结构域同源的基因数量 258

三、病原菌无毒力蛋白质及其与R蛋白的相互作用 259

表5.6 AvrBs3和AvrRxv/YopJ蛋白家族成员的核心序列 260

表5.7 AvrBs3诱导的超敏反应需要细胞核定位信号 261

图5.36 鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）丙型分泌系统示意图 262

四、Pto介导的植物抗病机理研究 263

表5.8 AvrPto与Pto的结合能力及其和抗病反应的关系 264

图5.37 利用计算机程序比较Pti和同源蛋白质序列 266

表5.9 启动子中有PR盒序列的植物防御基因 267

图5.38 Pto-avrPto相互作用诱导的PR基因表达 268

图5.39 AvrPto诱导的植物抗病反应途径 268

表5.10 AvrPto诱导的番茄基因表达 269

图5.40 Pto的活化区域 270

图5.41 AvrPto激活Pto的模型 271

图5.42 Pto自我磷酸化位点的突变对超敏反应的影响 272

表5.11 通过分析与Pto同源的蛋白激酶氨基酸序列判断Pto自我磷酸化位点 272

图5.43 Pto自我磷酸化位点的突变株在酵母二元杂交系统中与AvrPto、Ptil和Pti4的相互作用 273

图5.44 AvrPto-Pto与超敏反应信号转导途径模型 274

五、植物抗病反应的信号转导 274

表5.12 病原菌和参与抗病反应的信号对拟南芥基因表达的影响 278

图5.45 植物抗病途径及其相互作用 279

表5.13 一些参与抗病途径基因的特性 280

表5.14 病程蛋白的分类 283

第六章 植物细胞的信号转导 285

第一节 信号及信号转导的本质 286

一、植物细胞感受的信号 286

图6.1 几种植物内源信号分子的结构式 287

二、信号受体蛋白 288

图6.2 具有富含亮氨酸重复序列（LRR）的类似受体蛋白激酶（RLK）和类似受体蛋白质（RLP） 290

图6.3 根瘤菌合成的根瘤因子的一般化学结构 291

图6.4 植物根瘤因子受体蛋白的结构 292

图6.5 三类组氨酸蛋白激酶受体的结构 293

三、次级信使 293

图6.7 钙调蛋白的构型变化 295

图6.6 果蝇钙调蛋白与钙离子结合的三维结构 295

图6.9 拟南芥双孔通道蛋白TPCl的拓扑结构模型 297

图6.8 依赖于钙调蛋白的蛋白激酶和依赖于钙离子的蛋白激酶结构比较 297

图6.10 cAMP（adenosine 3′,5′-cyclic monophosphate）的分子结构式 299

图6.11 巯基氧化氮谷胱甘肽（S-nitrosoglutathione）分子结构式 302

四、信号转换的中介：G蛋白 303

图6.12 异源三体G蛋白与GDP结合时的高级结构 303

五、MAPK级联反应 308

图6.13 植物信号转导途径中的MAPK级联反应 309

表6.1 信号途径中的部分转录因子及反应基因 310

六、转录因子及信号反应基因 310

七、信号转导途径的调控 311

八、植物细胞完整信号转导途径举例 312

图6.14 被flg22激活的早期防卫基因 314

图6.15 信号在植物中的转导途径 316

一、生长激素信号途径 317

第二节 植物激素信号的转导 317

二、细胞激动素与二元信号系统 318

图6.16 二元信号系统的组成 321

三、赤霉素与种子中淀粉水解及植物株高 323

图6.17 由组氨酸蛋白激酶介导的细胞激动素信号转导途径 323

图6.18 具有生物活性的赤霉素分子结构式 324

图6.19 转录因子GRAS家族的基本结构 326

图6.20 赤霉素在禾谷类种子糊粉层细胞中的信号转导途径 328

四、脱落酸与气孔关闭 330

图6.21 脱落酸生物合成途径及其调控 331

图6.22 环腺苷二磷酸核糖（a）和S1P（b）的分子结构式 334

图6.23 脱落酸信号控制的植物气孔关闭途径 335

五、乙烯信号途径 337

六、芸苔素类固醇信号的受体 337

图6.24 XA21和BRIl嵌合基因及其生物反应 338

第三节 植物外源信号转导途径 340

一、光信号的转导 340

图6.26 趋光素LOV结构域与黄素单核苷酸结合结构 342

图6.25 植物细胞中三种光信号受体蛋白的结构 342

图6.27 拟南芥光信号转导途径简化图 345

二、非生物胁迫信号的转导 345

图6.28 植物光敏素的一级结构和光化学性质 346

第四节 异源三体G蛋白与植物激素信号转导 352

一、G蛋白与脱落酸 352

二、G蛋白与生长激素 353

表6.2 AGBl和GPAl相互作用假说 356

图6.29 G蛋白基因与生长激素在根细胞分裂过程中的相互作用模型 357

三、G蛋白与赤霉素 358

图6.30 水稻Ga基因RGAl的染色体定位、在矮化突变株中的表达以及表现型 359

图6.31 5个水稻矮化突变株与其亲本的RGAl基因序列比较 360

图6.32 转化互补试验 361

图6.33 野生型和dl突变型水稻对赤霉素（GA）信号的反应 362

第七章 植物的细胞分化和器官发育 363

第一节 细胞分化的分子机理 364

一、顶端分生组织中的CLV基因系统 365

图7.1 分生组织的结构和干细胞数量的调控 367

二、拟南芥根细胞的分化与SHR/SCR基因系统 368

图7.2 拟南芥根尖纵切照片 368

图7.3 SHR在发育的根部细胞间运动产生位置信号的模型 371

三、表皮毛的分化 371

图7.4 拟南芥叶毛的发育阶段及突变类型 372

图7.5 ttg突变株基因分析 373

一、表皮毛的格局建立 375

第二节 格局建立的分子机理 375

图7.6 控制拟南芥表皮毛分化的基因 377

图7.7 控制拟南芥叶毛分布的遗传学模型 377

表7.1 参与植物表皮毛起始的基因及其功能 378

二、叶片的格局建立 380

表7.2 金鱼草野生型和cin突变型叶片形态参数的比较 384

图7.8 表面曲度与均匀生长 384

三、分枝与顶端优势 385

一、从花序分生组织到花器官的形成：概述 387

第三节 从营养生长向生殖生长的转化及花器官的发育 387

表7.3 拟南芥中与开花有关的基因举例 388

图7.9 拟南芥花器官的结构 388

二、影响植物从营养生长到生殖生长转变的信号途径 390

图7.10 拟南芥影响开花的光周期反应途径 392

图7.11 影响开花的途径及其相互作用 396

表7.4 花器官发育的第一代ABC模型 397

三、花器官发育的ABC模型及其修正 397

图7.12 花器官发育的“经典ABC模型” 399

图7.13 花器官发育的“四聚体模型” 401

第四节 植物的胚胎发生 401

一、胚胎发生的一般过程 401

二、植物胚胎发育的分子机理 403

图7.14 mea、fis2和fie突变株的种子被反义METl花粉挽救 408

图7.15 PIN1在胚胎发育早期的定位 409

图7.16 Brefeldin A的分子结构式 410

三、自交不亲和现象 411

图7.17 芸苔属S8单倍型SI的基因在染色体上的相对位置和蛋白质结构 412

表7.5 自交不亲和系的重组SCR蛋白处理柱头阻止其他花粉的萌发 413

一、果实的发育成熟过程 414

第五节 植物果实的发育 414

二、番茄及其他肉质果实的后熟机制 415

表7.6 在番茄后熟过程中受乙烯影响表达的部分基因 417

图7.18 番茄果实后熟过程中乙烯信号转导的可能途径 417

三、控制拟南芥的长角果开裂的分子机制 418

图7.19 拟南芥果实的结构 419

第八章 植物生物技术 421

第一节 植物的遗传转化及瞬间表达技术 422

一、细胞核基因组的转化：农杆菌介导的植物遗传转化方法 422

二、叶绿体基因组的转化 427

三、无标记基因遗传转化和标记基因的剔除 429

图8.1 番茄叶绿体基因组转化载体的构建 429

四、植物病毒载体法 432

图8.2 马铃薯Y病毒科烟草蚀刻病毒（TEV）基因组的表达方式 433

图8.3 烟草花叶病毒（TMV）基因组的表达方式 433

图8.4 核糖体内部进入位点（IRES）在植物蛋白载体中的应用 434

表8.1 植物病毒载体举例 435

第二节 分子育种：植物生物技术在种植业中的应用 436

表8.2 美国FDA公布的被批准的转基因作物品种名录（截至2002年10月） 437

一、抗虫植物 440

图8.5 Bt内毒素蛋白和结晶的结构 442

二、抗病植物 444

图8.6 表达菌原体细胞膜蛋白抗体的烟草植物抵抗菌原体 447

图8.7 防御素的高级结构 448

三、抗除草剂植物 449

四、改善植物的农艺性状 450

图8.8 植物类黄酮生物合成途径的关键酶 452

图8.9 黄金水稻中维生素A前体β胡萝卜素的生物合成途径 453

五、改善植物的营养品质 453

六、提高植物的抗逆性 455

图8.10 能够改善植物细胞渗透压的分子 456

图8.11 利用逆境可诱导启动子控制逆境转录因子转基因导致植物抗逆 458

一、植物生物反应器 458

第三节 分子农业：植物生物技术在医药业中的应用 458

表8.3 常用转基因植物作为生物反应器的比较 461

二、利用植物生产医用和药用蛋白 462

表8.4 在植物中表达的人类蛋白基因及其表达水平 463

图8.12 t-PA转基因烟草的RNA杂交实验 464

图8.13 免疫球蛋白IgG的结构示意图 465

表8.5 治疗和诊断用植物抗体 466

三、利用植物生产口服疫苗 467

四、利用植物生产可降解塑料 469

图8.14 霍乱毒素B亚基的五聚体结构 469

五、利用植物生产功能性化学物质 470

图8.15 多聚β-羟基丁酸（PHB）的分子结构式 470

图8.16 异黄酮genistein的分子结构式 471

表8.6 重要工业和饲料业用酶的基因举例 472

一、分子添加剂业的内容和特点 472

第四节 分子添加剂业 472

二、淀粉酶的利用 474

图8.17 支链淀粉（amylopectin）的局部结构 475

三、纤维素酶 476

图8.18 纤维素是葡萄糖通过β-1,4-糖苷键连接而组成的多聚体 477

图8.19 阿拉伯木聚糖（arabinoxylan） 478

四、半纤维素酶 478

图8.20 β－葡聚糖是由β-1,3－和β-1,4－糖苷键连接的吡喃型葡萄糖组成的线性多聚体 479

图8.21 植酸（肌醇六磷酸）的分子结构式 480

五、植酸酶的用途 480

第五节 植物治理 481

一、植物治理的概念和内容 481

二、金属硫蛋白和植物螯合素 482

图8.22 植物螯合素（PC）的生物合成及其与金属结合 484

三、细胞色素P450 484

四、利用细菌基因进行植物治理 485

图8.23 苯脲类除草剂之一绿麦隆的分子结构式 485

第六节 植物生物技术的社会问题 488

图8.24 儿茶酚双氧酶裂解儿茶酚的不同途径 488

一、转基因生物的安全性问题 489

二、美国生物技术产品的管理机构及其政策 492

三、知识产权问题 494

表8.7 用于研制“黄金水稻”的转化载体之一pBin19h的知识产权问题 497

第九章 植物学和分子生物学词汇 498

第一节 细胞学与植物学 498

一、细胞的结构 498

二、细胞的分裂 500

三、植物的结构 500

第二节 遗传学 502

第三节 生物化学 505

一、碳水化合物 505

图9.1 糖酵解途径 506

二、脂肪 506

图9.2 核酸中5种碱基的分子结构式 507

三、核酸 507

四、蛋白质 508

表9.1 碱基、核苷、核苷酸的英文 508

表9.2 氨基酸资料简表 508

一、基因 513

第四节 分子生物学 513

二、克隆 517

三、载体 518

四、分子生物学工具酶 519

五、分子杂交 522

六、引物及其应用 523

七、电泳 524

八、基因组学 525

图9.3 常用电泳介质分子结构图 525

九、生物技术 527

附录1：人类基因组计划的缘起 529

附录2：商业科学家文特尔 531

附图1.1 J.C．文特尔 531

附录3：分子生物学经典论文选目及简明注释 534