第1章 基因与基因组学 1
1.1 遗传物质的本质 1
1.1.1 DNA是遗传物质 1
1.1.2 RNA也可以作为遗传物质 2
1.2 基因的概念 3
1.2.1 孟德尔遗传因子 3
1.2.2 基因是位于染色体上的实体 3
1.2.3 “一个基因一个酶”假说 4
1.2.4 顺反子是一个基因 4
1.2.5 操纵子是遗传信息传递和表达的统一体 5
1.2.6 基因结构和功能的认识进展 6
1.3 基因组 8
1.3.1 结构基因组学 9
1.3.2 功能基因组学研究 11
1.3.3 基因组的数据处理 15
1.3.4 基因组学相关的学科 15
参考文献 15
第2章 染色体与植物遗传工程 17
2.1 染色体的结构和功能 17
2.2 染色体工程的经典方法 18
2.2.1 单体附加系的选育 19
2.2.2 臂间易位系的选育 19
2.2.3 小片段易位的选育 20
2.3 染色体特定位点的重组 20
2.3.1 特定位点的重组酶 20
2.3.2 特定位点的重组技术 21
2.3.3 特定位点重组系统的应用 21
2.4 染色体的显微切割 22
2.4.1 目标染色体的辨认 22
2.4.2 染色体的显微切割与分离 22
2.4.3 染色体的微克隆 23
2.4.4 染色体微克隆文库的鉴定 23
2.4.5 植物染色体显微切割技术的应用 24
2.5 花粉染色体工程 24
2.5.1 花粉染色体工程的原理 25
2.5.2 花粉染色体工程的操作程序 25
参考文献 26
第3章 染色体外遗传 27
3.1 线粒体的遗传 27
3.1.1 线粒体基因组 28
3.1.2 线粒体基因组的结构 31
3.2 叶绿体的遗传 32
3.2.1 叶绿体DNA的大小范围 33
3.2.2 叶绿体基因组的结构 34
3.2.3 叶绿体基因组结构的变异 36
3.3 核外遗传与植物雄性不育性 37
3.3.1 植物的雄性不育性 37
3.3.2 线粒体与雄性不育性 38
3.3.3 叶绿体与雄性不育性 39
参考文献 39
第4章 体细胞遗传 41
4.1 植物体细胞培养与形态发生 41
4.1.1 植物组织培养技术 42
4.1.2 植物组织培养与形态发生 44
4.2 胚乳培养与多倍体育种 46
4.2.1 胚乳培养 46
4.2.2 胚乳培养的形态发生 48
4.3 植物体细胞变异与突变体筛选 50
4.3.1 植物体细胞变异及其机制 50
4.3.2 植物体细胞突变体筛选 53
4.4 花药培养与单倍体育种 55
4.4.1 花药培养 55
4.4.2 植物单倍体育种 56
4.5 植物原生质体培养与细胞融合 57
4.5.1 原生质体培养 57
4.5.2 原生质体融合与杂种细胞的筛选 59
参考文献 60
第5章 目的基因和标记基因 63
5.1 抗植物虫害基因 63
5.1.1 苏云金杆菌毒蛋白基因 63
5.1.2 植物蛋白酶抑制剂基因 65
5.1.3 植物凝集素基因 67
5.1.4 淀粉酶抑制剂基因 68
5.1.5 胆固醇氧化酶基因 69
5.1.6 营养杀虫蛋白基因 69
5.1.7 系统肽基因 70
5.1.8 其他抗虫基因 70
5.2 抗植物病毒基因 71
5.2.1 外壳蛋白基因 72
5.2.2 复制酶基因——病毒特异性地依赖于RNA的RNA多聚酶基因 73
5.2.3 移动蛋白基因 73
5.2.4 卫星RNA和核酶基因 74
5.3 抗植物真菌病害基因 74
5.3.1 抗真菌蛋白 75
5.3.2 抗真菌基因 76
5.4 抗植物细菌病害基因 77
5.4.1 外源抗菌蛋白基因表达介导的抗性 77
5.4.2 抑制病菌的致病（毒性）因子 78
5.5 抗非生物胁迫基因 79
5.5.1 抗干旱胁迫基因 79
5.5.2 抗盐胁迫基因 80
5.5.3 抗低温胁迫基因 81
5.5.4 抗氧化胁迫基因 82
5.5.5 耐除草剂基因 82
5.6 改良作物品质的基因 83
5.7 调控植物花色、花形、衰老的基因 84
5.7.1 调节花色的基因 84
5.7.2 调节植物衰老的基因 86
5.8 植物雄性不育基因 87
5.9 标记基因 89
5.9.1 标记基因分类及环境安全 89
5.9.2 转基因作物中标记基因的消除 90
5.9.3 选择基因分类 91
5.9.4 常用的选择基因 92
5.10 报告基因 95
5.10.1 报告基因概述 95
5.10.2 萤火虫荧光素酶基因 97
5.10.3 绿色荧光蛋白基因 97
5.10.4 β-葡萄糖醛酸糖苷酸酶基因 99
5.1 1 标记基因在植物病害及其流行规律研究中的应用 101
参考文献 102
第6章 基因分离 105
6.1 概述 106
6.2 蛋白质序列起始克隆法 106
6.3 图位克隆法 106
6.4 酵母双杂交系统 110
6.5 基因序列同源克隆法 112
6.6 T-DNA、转座子标签法 112
6.7 分离差异表达基因片段的方法 113
6.7.1 差减杂交 113
6.7.2 抑制性差减杂交 114
6.7.3 mRNA差异显示技术 116
6.7.4 mRNA差异显示衍生技术 118
6.7.5 代表性差异分析 119
6.7.6 RNA指纹技术 122
6.7.7 差异筛选技术 122
6.7.8 基因鉴定集成法 123
6.8 DNA微阵列法 123
6.9 cDNA末端快速扩增法 124
6.10 表达序列标签及生物信息学方法 127
6.11 其他基因分离方法 131
6.11.1 cDNA捕捉法 131
6.11.2 扩增限制性片段长度多态性法 131
6.11.3 微阵列法 131
6.11.4 外显子捕获法 132
6.11.5 功能互补法 132
参考文献 132
第7章 植物基因工程载体构建 135
7.1 植物基因工程载体概述 135
7.1.1 载体种类及命名规则 135
7.1.2 载体分类 136
7.2 Ti质粒载体及其构建 137
7.2.1 Ti质粒的发现与分类 137
7.2.2 Ti质粒的结构与功能 140
7.2.3 T-DNA的结构与功能 142
7.2.4 Vir区的结构与功能 144
7.2.5 Ti质粒整合机制 145
7.2.6 载体改造及构建 152
7.2.7 转化载体系统的构建 158
7.2.8 常用的中间表达载体 166
7.2.9 Ti质粒在植物基因工程中的应用及评价 170
7.3 Ri质粒载体及其构建 171
7.3.1 质粒的分类 171
7.3.2 Ri质粒的结构和功能 172
7.3.3 Ri质粒构建及转化 175
7.3.4 Ri质粒在植物基因工程中的应用及评价 177
7.4 植物病毒载体及构建 179
7.4.1 植物病毒载体概述 179
7.4.2 单链RNA植物病毒载体系统 180
7.4.3 单链DNA植物病毒载体系统 180
7.4.4 双链DNA植物病毒载体系统 181
7.4.5 植物病毒表达载体的构建 182
7.4.6 病毒载体在植物基因工程中的应用及评价 184
参考文献 185
第8章 植物转化体系的建立 187
8.1 植物基因转化的受体系统 187
8.1.1 愈伤组织受体系统 187
8.1.2 种质受体系统 189
8.1.3 原生质体受体系统 189
8.1.4 胚状体受体系统 192
8.1.5 直接分化芽受体系统 193
8.2 转化的选择系统的建立 193
8.2.1 概述 193
8.2.2 第一类筛选系统 194
8.2.3 第二类筛选系统 197
8.2.4 无标记基因的植物转化系统 198
参考文献 201
第9章 植物遗传转化的方法 203
9.1 农杆菌介导的植物基因遗传转化 204
9.1.1 Ti质粒介导的遗传转化方法 205
9.1.2 发根Ri质粒介导的基因转化 206
9.1.3 农杆菌介导的植物基因转化系统的应用及进展 208
9.2 基因枪法 210
9.2.1 基因枪法转化原理 210
9.2.2 基因枪法的优点 211
9.3 花粉管通道介导的基因转化技术 211
9.3.1 花粉管通道原理 212
9.3.2 花粉管通道的应用 212
9.4 其他转化方法 213
9.4.1 聚乙二醇介导的基因转化 213
9.4.2 电穿孔法 213
9.4.3 注射法 214
9.4.4 脂质体介导法 215
9.4.5 碳化硅纤维介导DNA转移法 216
参考文献 216
第10章 外源基因整合、表达及其检测 217
10.1 外源基因整合 217
10.1.1 外源基因整合方式及其结构变化 217
10.1.2 外源基因在转基因植株中的整合机制 218
10.1.3 整合方式对外源基因表达的影响 220
10.2 外源基因的沉默 221
10.2.1 转基因植物中外源基因的沉默 221
10.2.2 转基因沉默的控制 226
10.3 提高外源基因表达效率的策略 228
10.3.1 启动子的选用和改造 228
10.3.2 增强翻译效率 229
10.3.3 信号肽的使用 230
10.3.4 构建叶绿体表达载体 230
10.3.5 利用内含子增强外源基因的表达 231
10.4 外源基因的遗传稳定性 231
10.5 转基因植物的鉴定方法 232
10.5.1 标记基因的表达检测 232
10.5.2 转基因植物目的基因的分子鉴定 235
10.5.3 其他的转基因植物鉴定方法 237
参考文献 238
第11章 基因工程植物与食品 243
11.1 基因工程食品的定义 243
11.2 国内外基因工程食品的发展概况和现状 244
11.2.1 国外基因工程食品的发展概况和现状 244
11.2.2 国内基因工程食品的发展概况和现状 245
11.3 基因工程食品的应用 246
11.3.1 转基因食品分类 246
11.3.2 转基因植物 246
11.4 发展转基因食品生产的必要性 263
参考文献 264
第12章 基因工程园艺 267
12.1 基因工程在花卉改良中的应用 267
12.1.1 花卉基因工程研究现状 268
12.1.2 花卉植物基因工程的应用前景 272
12.2 基因工程在牧草和草坪草改良中的应用 273
12.2.1 基因工程牧草 274
12.2.2 草坪草 279
12.3 基因工程林木 281
12.3.1 林木转基因研究 281
12.3.2 林木转基因基础性研究 285
12.3.3 转基因林木应用情况 286
12.3.4 林木基因工程研究中存在的问题及展望 287
参考文献 288
第13章 植物基因工程药物 297
13.1 转基因植物药物生物反应器的优点 297
13.2 转基因植物表达药用蛋白 298
13.2.1 植物基因工程生产药用蛋白的现状 299
13.2.2 植物基因工程生产药用蛋白的策略 299
13.3 转基因植物抗体 300
13.3.1 转基因植物生产抗体的研究现状 301
13.3.2 转基因植物生产抗体的策略 302
13.3.3 转基因植物抗体的应用前景与存在的问题 304
13.4 转基因植物表达疫苗 306
13.4.1 转基因植物生产疫苗的研究现状 306
13.4.2 转基因植物生产疫苗的策略 310
13.4.3 转基因植物疫苗的应用前景与存在的问题 311
参考文献 312
第14章 生物信息学与基因工程 317
14.1 生物信息学简介 317
14.1.1 获取生物的完整基因组 317
14.1.2 发现新基因和新的单核苷酸多态性 318
14.1.3 基因组中非编码蛋白质区域的结构与功能研究 319
14.1.4 在基因组水平研究生物进化 320
14.1.5 从功能基因组到系统生物学 320
14.2 生物信息学数据库 321
14.2.1 核酸序列数据库 322
14.2.2 蛋白质序列数据库 327
14.2.3 生物大分子结构数据库 330
14.2.4 其他生物信息学数据库 331
14.2.5 数据库整合 335
14.3 生物信息学软件 338
14.3.1 概述 338
14.3.2 生物信息学软件在分子生物学实验中的应用 339
14.4 生物信息学门户网站 344
14.4.1 美国国立生物技术信息中心 344
14.4.2 欧洲生物信息研究所 346
14.4.3 北京大学生物信息中心 346
14.5 生物信息学在基因芯片技术中的作用 348
14.5.1 概述 348
14.5.2 生物信息学在基因芯片技术中的作用 349
参考文献 352
第15章 基因工程法规与转基因植物安全性评价 353
15.1 转基因植物的安全性问题 354
15.1.1 基本概念 354
15.1.2 生物安全忧患 354
15.1.3 与转基因安全相关的几个事件 355
15.2 国际社会对基因工程的态度与规则 356
15.2.1 科学界对转基因作物的态度 356
15.2.2 相关的生物安全国际准则 358
15.3 我国基因工程安全管理措施 363
15.3.1 我国科学界对GMO争议的反应 363
15.3.2 我国对基因工程安全的立法和监管 364
15.4 申请转基因植物田间试验或环境释放需要提供的资料 366
15.4.1 受体生物的生物学特性 366
15.4.2 基因操作的安全性 366
15.4.3 转基因植物的生物学特性 367
15.4.4 有关转基因植物释放地点的环境、生态等方面的资料 367
15.4.5 安全控制措施和预防事故的应急措施 367
15.5 转基因植物的食品安全性 367
15.5.1 “实质等同性”原则与转基因食品安全 367
15.5.2 转基因植物食品中外源基因的安全性 369
15.5.3 转基因食品的检测技术 371
15.5.4 转基因食品的安全性评价 373
15.6 转基因植物的环境安全性 374
15.6.1 基因漂移与植物传粉 374
15.6.2 转基因植物在生态方面的潜在风险 375
15.6.3 终止子技术与生物安全 376
15.6.4 转基因环境安全性的管理 377
15.7 转基因植物安全性评价 378
15.7.1 转基因植物安全性评价的必要性 378
15.7.2 转基因植物安全性评价的迫切性 379
15.7.3 转基因植物安全性评价的监控原则 379
15.7.4 转基因植物安全性评价的监控体系 380
15.8 转基因植物安全性评价积累的经验和数据 380
15.8.1 食品安全性 381
15.8.2 评价因素 381
15.8.3 生存竞争性 383
15.8.4 生殖隔离距离 384
15.8.5 对非靶生物的影响 384
15.8.6 转基因植物安全性评价现状 386
参考文献 388