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第1章 绪论 1

1.1 基因工程的发展历程 1

1.1.1 基因概念提出 2

1.1.2 基因结构与功能 2

1.1.3 基因操作关键技术突破 4

1.1.4 基因工程问世 4

1.2 基因工程大学科与大科学 5

1.2.1 海量基因信息 6

1.2.2 复杂基因网络 7

1.2.3 基因工程系统 7

1.3 基因工程研究的意义 7

1.3.1 揭示生命现象规律 7

1.3.2 基因工程与疾病治疗 8

1.3.3 基因工程产业 8

思考题 10

第2章 基因工程基本技术原理 11

2.1 核酸的提取与鉴定 11

2.1.1 基因组DNA的提取 11

2.1.2 RNA的提取 14

2.1.3 质粒DNA的提取 15

2.1.4 核酸的凝胶电泳 18

2.1.5 变性梯度凝胶电泳 20

2.1.6 核酸的定量与纯度的测定 21

2.2 PCR技术 21

2.2.1 PCR的原理 22

2.2.2 PCR的操作 22

2.2.3 PCR衍生技术 24

2.2.4 PCR定点诱变 27

2.3 核酸序列测定 30

2.3.1 Sanger双脱氧链终止法 31

2.3.2 Maxam-Gilbert化学修饰法 32

2.3.3 Roche 454测序 32

2.3.4 Illumina测序 33

2.3.5 ABI SOLiD测序 34

2.3.6 HeliScope测序 36

2.3.7 单分子测序 36

2.3.8 纳米孔测序技术 37

2.4 分子杂交技术 37

2.4.1 Southern杂交 37

2.4.2 Northern杂交 39

2.4.3 Western杂交 40

2.4.4 菌落原位杂交 41

2.4.5 荧光原位杂交 42

思考题 43

第3章 基因工程工具酶 44

3.1 限制性核酸内切酶 44

3.1.1 限制和修饰现象 44

3.1.2 限制性核酸内切酶的类型 45

3.1.3 Ⅱ型限制性核酸内切酶的命名 48

3.1.4 影响限制性核酸内切酶活性的因素 48

3.2 DNA聚合酶 50

3.2.1 大肠杆菌DNA聚合酶 50

3.2.2 大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ的Klenow片段 51

3.2.3 T4 DNA聚合酶 51

3.2.4 T7 DNA聚合酶（修饰的T7 DNA聚合酶） 52

3.2.5 实验室常用的耐热DNA聚合酶 52

3.2.6 逆转录酶 53

3.3 DNA连接酶 53

3.3.1 DNA连接酶的类型 53

3.3.2 DNA连接酶的特点 54

3.3.3 连接反应的机制 55

3.3.4 影响连接反应的因素 55

3.4 核酸修饰酶 57

3.4.1 末端脱氧核苷酸转移酶 57

3.4.2 T4多核苷酸激酶 57

3.4.3 碱性磷酸酶 58

3.4.4 核酸外切酶 59

3.4.5 单链DNA内切酶 60

3.4.6 甲基化酶 61

思考题 63

第4章 基因工程载体与表达系统 64

4.1 载体概述 64

4.1.1 载体研究背景 64

4.1.2 载体共性特征 65

4.2 克隆载体类型 65

4.2.1 质粒载体 65

4.2.2 噬菌体载体 70

4.2.3 噬菌粒载体 73

4.2.4 病毒载体 73

4.2.5 人工染色体克隆载体 74

4.3 原核表达系统 74

4.3.1 原核表达载体高效表达的元件 74

4.3.2 大肠杆菌表达系统 77

4.4 真核生物表达系统 82

4.4.1 酿酒酵母表达系统 82

4.4.2 巴斯德毕赤氏酵母表达系统 82

4.4.3 酵母表达系统的应用 83

思考题 83

第5章 目的基因分离与鉴定 84

5.1 基因文库法获取目的基因 84

5.1.1 基因文库的构建 84

5.1.2 cDNA文库的构建 86

5.1.3 筛选基因文库获得目的基因 87

5.2 PCR技术分离目的基因 87

5.2.1 已知基因全长序列 87

5.2.2 已知基因部分序列 88

5.3 图位克隆获得目的基因 89

5.4 转座子标签法获得目的基因 90

5.5 电子克隆 91

5.6 目的基因的鉴定 91

5.6.1 表型检测法 92

5.6.2 核酸探针杂交法 93

5.6.3 PCR筛选和序列鉴定法 94

5.6.4 物理特性检测法 94

思考题 95

第6章 基因功能研究技术 96

6.1 常规分析技术 96

6.1.1 基因沉默 96

6.1.2 基因敲除 104

6.2 高通量分析技术 108

6.2.1 基因芯片 108

6.2.2 蛋白芯片 109

6.3 大分子相互作用分析技术 109

6.3.1 免疫共沉淀 110

6.3.2 染色质免疫沉淀技术 110

6.3.3 RNA免疫沉淀法 111

6.3.4 酵母双杂交 111

6.3.5 光遗传 114

思考题 115

第7章 动植物基因工程 116

7.1 转基因植物 116

7.1.1 植物基因工程的常用方法 116

7.1.2 转基因植物的筛选与鉴定 122

7.1.3 提高外源基因在植物中表达水平的策略 125

7.1.4 转基因植物的应用 128

7.2 转基因动物 131

7.2.1 动物基因工程的常用方法 131

7.2.2 转基因动物的筛选与鉴定 136

7.2.3 提高外源基因在动物中表达水平的策略 137

7.2.4 转基因动物的应用 139

思考题 146

第8章 基因信息分析技术 147

8.1 常用生物分子数据库 147

8.1.1 核酸数据库 147

8.1.2 蛋白质序列数据库 151

8.1.3 其他常用生物分子数据库 152

8.2 软件分析应用 155

8.2.1 用BLAST进行局部序列比对 155

8.2.2 用CLUSTAL进行多序列比对 156

8.2.3 用Primer Premier进行引物设计 156

8.2.4 限制性内切酶分析 157

8.2.5 用JASPAR查找转录因子结合位点 158

8.2.6 EMBOSS工具包 158

8.2.7 其他常用生物信息学软件 160

思考题 160

主要参考文献 162