第1章 导论 1
1.1基因的本质是DNA 1
1.2基因工程的诞生和发展 1
1.2.1基因工程的诞生 1
1.2.2基因工程的发展 3
1.3基因工程的应用 4
上篇 基因的信息流 8
第2章 基因信息的复制 8
2.1复制的基本概念 8
2.1.1半保留复制机制 8
2.1.2复制子和复制起始区 9
2.1.3半不连续复制 9
2.2细菌染色体DNA的复制 12
2.2.1复制起始 12
2.2.2延伸 13
2.2.3终止和分离 14
2.3细胞周期及其调控机制 14
2.3.1细胞周期 14
2.3.2关卡及其调节 15
2.3.3细胞周期蛋白和细胞周期蛋白依赖激酶 15
2.3.4细胞周期的活化和癌症 16
2.4真核生物DNA的复制 17
2.4.1起始区和复制的起始 17
2.4.2复制叉 17
2.4.3端粒的复制 18
2.5DNA的突变、修复与重组 19
2.5.1DNA的突变与损伤 19
2.5.2DNA修复 22
2.5.3DNA重组 25
第3章 基因信息的转录 29
3.1原核生物的基因转录 30
3.1.1大肠杆菌的RNA聚合酶 30
3.1.2大肠杆菌的7σ0启动子 31
3.1.3转录的起始、延伸和终止 32
3.2原核基因转录的调控 35
3.2.1乳糖操纵子 36
3.2.2色氨酸操纵子与衰减子 38
3.2.3更替σ因子调控转录 41
3.2.4菌群传感 43
3.2.5小RNA分子对基因表达的调控作用 43
3.3真核生物基因的转录 45
3.3.13种RNA聚合酶的特点和功能 45
3.3.2RNA聚合酶Ⅰ基因 47
3.3.3RNA聚合酶Ⅲ基因 48
3.3.4RNA聚合酶Ⅱ基因的启动子和增强子 51
3.3.5RNA聚合酶Ⅱ的转录起始和基本转录因子 52
3.4真核生物基因转录的调控 54
3.4.1转录因子的特点 58
3.4.2转录因子与DNA结合的结构域 59
3.4.3转录因子中的转录活化结构域 62
3.4.4转录因子的抑制作用 62
3.4.5调节转录的靶位 62
3.5真核生物基因转录调控的实例 63
3.5.1构成性转录因子SP1 63
3.5.2甾醇类激素及其受体的调节作用 63
3.5.3信号转递和转录活化（STAT）蛋白的磷酸化调节 64
3.5.4人类免疫缺损病毒Tat蛋白活化转录延伸 64
3.6RNA转录本的加工和RNPs 66
3.6.1rRNA的加工和核糖体 66
3.6.2tRNA的加工、RNase P和酶活性RNA 67
3.6.3mRNA的加工、hnRNPs和snRNPs 68
3.6.4mRNA加工方式的改变 71
3.6.5RNA的编辑 71
3.6.6miRNA及其加工 72
第4章 基因信息的翻译 74
4.1遗传密码 74
4.2tRNA的结构和功能 77
4.3原核生物中蛋白质的合成 79
4.3.1密码子与反密码子的相互作用 79
4.3.2蛋白质合成的过程 81
4.4真核生物中的蛋白质合成 84
4.5翻译的调控机制和翻译后的加工 87
中篇 基因的克隆及其功能分析 92
第5章 DNA的克隆 92
5.1DNA克隆的载体 93
5.1.1质粒 93
5.1.2噬菌体 95
5.2DNA的制备 98
5.2.1制备细菌细胞总DNA 98
5.2.2制备质粒DNA 101
5.2.3制备噬菌体DNA 105
5.2.4DNA的定性和定量分析 106
5.3DNA操作的工具酶 107
5.3.1限制性核酸内切酶 107
5.3.2DNA连接酶和连接反应 112
5.3.3核酸酶 116
5.3.4DNA聚合酶 117
5.3.5磷酸酶 117
5.3.6其他工具酶 117
第6章 DNA的导入技术及其载体 118
6.1DNA导入法 119
6.1.1大肠杆菌中的常规转化 119
6.1.2大肠杆菌的电转化 120
6.1.3啤酒酵母细胞的转化 121
6.1.4机械导入法 121
6.2重组子的识别 122
6.2.1抗性基因的插入失活 122
6.2.2基于半乳糖苷酶基因lacZ的α-互补筛选 122
6.2.3聚果糖蔗糖转移酶基因的筛选 123
6.3噬菌体DAN导入细菌细胞 124
6.3.1转染 124
6.3.2噬菌体的转导 124
6.3.3重组噬菌体的识别 125
6.4大肠杆菌中的质粒载体 125
6.4.1质粒pBR322的优良性质 126
6.4.2其他典型的大肠杆菌质粒载体 126
6.5基于M13噬菌体的克隆载体 128
6.5.1M13mp2克隆载体的构建 129
6.5.2具有多克隆位点的M13mp7 129
6.5.3复杂的M13克隆载体 130
6.5.4质粒与M13杂合的克隆载体 131
6.6以细菌噬菌体λ为基础的克隆载体 132
6.6.1λ基因组中的非必需区 132
6.6.2筛选限制性位点缺失的λ噬菌体 133
6.6.3插入载体和取代载体 133
6.6.4利用λ插入载体和取代载体的克隆试验 134
6.6.5柯斯质粒 135
6.6.6大容量载体：BACs和PACs 136
6.7真核生物的克隆载体 137
6.7.1利用酵母中的载体 137
6.7.2高等植物的克隆载体 140
6.7.3动物的克隆载体 142
第7章 目标基因的获得 145
7.1筛选克隆基因的两种基本手段 145
7.1.1直接筛选 145
7.1.2构建基因组文库 146
7.2从文库中筛选目标基因 148
7.2.1DNA分子探针和杂交 148
7.2.2制备杂交探针 149
7.2.3免疫学筛选 151
7.3目标基因的化学合成 152
7.4聚合酶链式反应（PCR） 154
7.4.1PCR的发展历史 154
7.4.2PCR的过程 154
7.4.3PCR的温度循环 155
7.4.4PCR反应的优化 155
7.4.5各种不同的PCR 158
7.4.6PCR的后续工作 159
7.4.7PCR的应用 160
第8章 基因的结构和功能分析 164
8.1基因的定位 164
8.1.1Southern转移 164
8.1.2正交交变电场凝胶电泳 166
8.1.3原位杂交 167
8.2基因所属连锁群或染色体的测定 168
8.2.1系谱分析法 168
8.2.2非整倍体测交法 169
8.2.3四分体分析法 170
8.2.4连锁群法 170
8.2.5利用染色体易位的基因定位 172
8.3基因在染色体上的位置测定 173
8.3.1根据重组频率的基因定位 173
8.3.2根据所测基因在某一已知染色体区段中是否存在的基因定位 175
8.3.3根据并发事件的基因定位 176
8.3.4根据基因行为的定位 176
8.3.5测定绝对位置的基因定位 177
8.4基因精细结构分析 179
8.4.1根据重组频率的基因定位 179
8.4.2缺失定位法 179
8.4.3共转导定位法 179
8.4.4体细胞重组定位法 180
8.4.5基因转变的梯度定位法 180
8.5DNA测序 181
8.5.1链末端终止法 181
8.5.2化学裂解法 183
8.5.3PCR产物的直接测序 184
8.5.4自动化测序 184
8.5.5长序列拼接 185
8.6基因表达的分析 186
8.6.1电子显微镜下的核酸分子 187
8.6.2利用核酸酶分析DNA-RNA杂合体 187
8.6.3引物延伸法分析转录物 188
8.6.4研究RNA转录物的其他技术 188
8.7基因表达的调节研究 190
8.7.1DNA蛋白质复合物的凝胶阻滞 191
8.7.2足迹法与DNaseⅠ 192
8.7.3修饰干扰分析 192
8.7.4缺失分析 193
8.7.5报道基因 195
8.8识别目标基因的产物和功能 196
8.8.1杂交体释放翻译法和杂交体捕获翻译法 196
8.8.2体外突变分析蛋白质功能 197
8.9研究目标基因产物的相互关系 200
8.9.1噬菌体展示 200
8.9.2酵母双杂交系统 200
第9章 基因组学 203
9.1基因组序列的测定 204
9.1.1鸟枪法 204
9.1.2重叠群克隆法 206
9.1.3遗传图谱法协助序列装配 207
9.2后基因组时代——理解基因组序列 208
9.2.1识别基因组序列中的基因 209
9.2.2未知基因的功能测定 210
9.3各种组学的研究 211
9.3.1转录组学的研究 211
9.3.2蛋白质组学的研究 212
9.3.3代谢物组学的研究 213
9.4系统生物学 213
9.4.1系统生物学的目标 213
9.4.2整合是系统生物学的灵魂 214
9.4.3信息是系统生物学的基础 215
9.4.4干涉是系统生物学的钥匙 216
下篇 基因工程的应用 220
第10章 利用基因工程生产重组蛋白 220
10.1大肠杆菌中表达外源基因的专一性载体 220
10.1.1表达载体中的启动子 220
10.1.2基因盒和基因融合 223
10.1.3大肠杆菌生产重组蛋白的困难 225
10.2利用真核细胞生产重组蛋白 226
10.2.1在酵母和丝状真菌中生产重组蛋白 226
10.2.2在动物细胞和昆虫细胞中生产重组蛋白 228
10.2.3利用动植物体生产重组蛋白 229
第11章 基因工程在医学上的应用 231
11.1生产重组药物 231
11.1.1重组胰岛素 231
11.1.2在大肠杆菌中合成人体的生长激素 233
11.1.3重组凝血因子Ⅷ的合成 234
11.1.4合成其他重组人体蛋白 235
11.2基因工程疫苗 236
11.2.1疫苗与基因工程疫苗 236
11.2.2基因工程亚单位疫苗 238
11.2.3基因工程减毒疫苗 239
11.2.4活重组疫苗 240
11.2.5DNA疫苗 242
11.2.6转基因植物口服疫苗 243
11.3基因诊断 243
11.3.1基因诊断的概念 243
11.3.2基因诊断的原理 244
11.3.3基因诊断的对象 245
11.3.4基因诊断的特点 246
11.3.5基因诊断的基本技术 247
11.3.6识别人类遗传疾病相关的基因 253
11.4基因治疗 255
11.4.1基因治疗遗传疾病 255
11.4.2基因治疗和癌症 256
11.4.3基因治疗的伦理学 257
第12章 基因工程在农业上的应用 258
12.1增添基因与植物遗传工程 260
12.1.1植物体自身生产杀虫剂 262
12.1.2其他添加基因的课题 262
12.2删除基因 264
12.2.1反义技术的原理 264
12.2.2反义RNA和番茄果实成熟的基因工程 265
12.2.3反义RNA在植物基因工程中的其他应用 266
12.3各种植物基因工程 266
12.3.1转基因植物作为生物反应器生产药物 266
12.3.2不断完善转基因植物稳定高效表达技术 267
12.3.3转基因培育高产作物 269
12.3.4转基因培育优质作物 270
12.3.5转基因培育抗真菌病害的作物 271
12.3.6转基因培育抗除草剂作物 273
12.3.7转基因培育耐环境胁迫的作物 273
12.4转基因植物的安全性 275
12.4.1筛选标记的安全性 275
12.4.2对环境产生不良后果的可能性 276
第13章 代谢工程 277
13.1代谢工程中的一些基本概念 278
13.1.1代谢途径与网络 278
13.1.2代谢通量及控制分析 279
13.1.3初级代谢与次级代谢 280
13.2代谢工程的基本过程与原理 282
13.2.1代谢工程的基本过程 282
13.2.2代谢工程的基本原理 283
13.3代谢工程的基本技术 283
13.3.1检测技术 284
13.3.2分析技术 284
13.3.3操作技术 284
13.4代谢工程的应用 284
13.4.1提高目标产物的产量或产率 285
13.4.2表达外源蛋白 288
13.4.3扩大底物利用范围 289
13.4.4构建新产品生物合成途径 290
13.4.5构建新的外源毒性化学物质降解途径 290
13.4.6改良细胞其他生理特性 291
13.5代谢工程与其他技术的关系 291
13.5.1代谢工程与“组学”技术 292
13.5.2代谢工程与计算系统生物学 293
13.5.3代谢工程与蛋白质工程 294
13.5.4代谢工程与组合生物学 294
13.5.5全局转录机器工程技术 295
13.5.6文库筛选技术 295
13.6组合生物合成 296
13.6.1聚酮合酶及聚酮类生物合成机理 296
13.6.2聚酮类的组合生物合成 298
第14章 基因克隆和法医学 301
14.1DNA分析和罪犯嫌疑人的识别 301
14.1.1利用分子杂交探针分析遗传指纹 301
14.1.2PCR短串联重复序列和DNA图谱 302
14.2利用DNA图谱研究亲属关系 303
14.2.1具有亲缘关系的个人具有相似的DNA图谱 303
14.2.2DNA图谱和罗曼诺夫的遗骸 304
14.3性别的识别研究和DNA分析 305
参考文献 308