本書原理部分以基因工程操作流程為主線,脈絡(luò)清晰,結(jié)構(gòu)緊湊,邏輯嚴密。全書共十三章,包括應(yīng)用部分與原理部分,二者相呼應(yīng),避免重復(fù),互為補充。各論應(yīng)用部分通過選取大腸桿菌、酵母菌、高等動、植物等經(jīng)典實例為基礎(chǔ),系統(tǒng)地介紹了基因工程工程菌的構(gòu)建、高等動植物基因轉(zhuǎn)移、表達、調(diào)控及蛋白產(chǎn)品的檢測與分離純化等內(nèi)容,加深了對動物、植物及微生物基因工程不同特點的認識。
人類基因組計劃(HGP)是20世紀自然科學(xué)史上最偉大的計劃之一,其主要內(nèi)容包括人類23條染色體遺傳圖和物理圖的繪制和人類基因組全部序列的測定,輔以進行基因組作圖和測序技術(shù)的改進和模式生物的基因組研究。2003年當(dāng)人類基因組計劃宣告完成后,生物學(xué)研究的主要任務(wù)是闡明基因組的功能,其重點也“從基因組轉(zhuǎn)向蛋白質(zhì)組”,生物學(xué)進入了嶄新的后基因組學(xué)時代。后基因組學(xué)(postgenomics),又稱為功能基因組學(xué)(functional genomics),是利用結(jié)構(gòu)基因組所提供的信息和產(chǎn)物,發(fā)展和利用新的實驗手段,以高通量、大規(guī)模的實驗統(tǒng)計及計算機數(shù)據(jù)分析為特征,在基因組和系統(tǒng)水平上全面分析基因的功能,從單一基因或蛋白質(zhì)的層次拓展到對多個基因或蛋白質(zhì)進行系統(tǒng)、動態(tài)、多維度的研究,包括功能基因表達譜、功能蛋白質(zhì)組學(xué)、比較基因組學(xué)和生物信息學(xué)等內(nèi)容;蚬こ碳夹g(shù)是推動現(xiàn)代生命科學(xué)發(fā)展的核心和基礎(chǔ)技術(shù),自誕生以來就深刻影響和促進了生命科學(xué)的發(fā)展,已成為探索復(fù)雜生命活動規(guī)律的重要工具。同時,基因工程技術(shù)在生物制品、制藥、生物化工、品種改良和環(huán)境保護等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,對現(xiàn)代醫(yī)藥、化工、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)保及能源等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了巨大的推動作用。
基因工程是普通高等學(xué)校生物科學(xué)、生物技術(shù)和生物工程及相關(guān)專業(yè)的核心課程之一,是以遺傳學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)等為基礎(chǔ)構(gòu)建的一門重要的課程,具有理論性強、內(nèi)容豐富、技術(shù)更新快和應(yīng)用面廣等特點。因此,我們編寫這本教材時,遵循了以下原則:①以基因操作流程為主線,分章系統(tǒng)介紹基因工程的基本原理,以達到主線明了、脈絡(luò)清晰的目的,便于學(xué)習(xí)者從整體上掌握。②盡可能反映基因工程領(lǐng)域的最新成果和技術(shù)。在各章節(jié)中除了介紹基本技術(shù)方法以外,還對近10多年來較成熟的新技術(shù)、新方法做了介紹,如第二代SOLiD測序、第三代Heloscope單分子測序、qPCR、RNAi、基因打靶技術(shù)(含鋅指核酸酶技術(shù)、TALENs和CRISPR/Cas9)等。③突出應(yīng)用性。各論部分將技術(shù)開發(fā)應(yīng)用中最成功的案例引入相應(yīng)章節(jié),如大腸桿菌基因工程著重介紹重組工程菌生產(chǎn)人胰島素,酵母基因工程著重介紹利用重組巴斯德畢赤酵母生產(chǎn)乙肝表面抗原等,以滿足普通高等教育復(fù)合型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標的需求。④適應(yīng)現(xiàn)代教育教學(xué)改革如翻轉(zhuǎn)課堂和MOOC等的需要,我們同步建設(shè)了配套數(shù)字課程,以服務(wù)于更廣泛的自主學(xué)習(xí)需要。
本書共13章,第一章至第四章,主要介紹基因工程相關(guān)的理論與技術(shù)基礎(chǔ),含緒論、基因操作的主要技術(shù)原理、酶學(xué)基礎(chǔ)和載體等;第五章至第九章,主要按基因工程操作流程介紹基因操作與表達的技術(shù)原理,含目的基因的獲取、基因的體外重組和轉(zhuǎn)移、重組體的篩選和鑒定、克隆基因的表達與調(diào)控、外源基因表達產(chǎn)物——異源蛋白的分離純化等;第十章至第十三章,主要介紹基因工程在大腸桿菌、酵母、高等植物和哺乳動物等特定領(lǐng)域的應(yīng)用。
本書編寫過程中,得到了高等教育出版社王莉副編審和高新景編輯的大力幫助和指導(dǎo),也得到了參編學(xué)校老師們的多方支持.方波老師在圖表繪制方面做了大量的工作,同時本書引用和參考了相關(guān)論著的內(nèi)容和學(xué)者們的研究成果,在此一并表示由衷的感謝。
由于基因工程涵蓋面廣,發(fā)展日新月異,新成果和新技術(shù)如雨后春筍,層出不窮,加之編者眼界和水平有限,書中難免存在疏漏和錯誤之處,懇請廣大讀者提出寶貴的修改意見,以便改正。
編者
2017年3月5日
第一章 緒論
第一節(jié) 基因工程的誕生
一、基因及基因工程的含義
二、基因工程誕生的理論基礎(chǔ)
三、基因工程誕生的技術(shù)突破
四、基因工程的誕生與發(fā)展
五、基因工程的主要操作內(nèi)容和基本技術(shù)路線
第二節(jié) 基因工程的安全性及其管理
一、基因工程對人類健康安全性的影響
二、基因工程對環(huán)境安全性的影響
三、基因工程引發(fā)的倫理道德問題
四、基因工程安全性評價與管理
第三節(jié) 基因工程的應(yīng)用
一、基因工程在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用
二、基因工程在工業(yè)中的應(yīng)用
三、基因工程在醫(yī)藥中的應(yīng)用
四、基因工程在環(huán)境保護中的應(yīng)用
第二章 基因工程的主要技術(shù)原理
第一節(jié) DNA的提取與純化
一、質(zhì)粒DNA的提取
二、基因組DNA的提取
三、DNA的定量和純度測定
四、DNA相對分子質(zhì)量的估計
第二節(jié) DNA的凝膠電泳
一、電泳的基本原理
二、瓊脂糖凝膠電泳
三、聚丙烯酰胺凝膠電泳
第三節(jié) 核酸和蛋白質(zhì)的分子雜交
一、Southern雜交
二、Northern雜交
三、Western雜交
四、原位雜交
五、菌落雜交
第四節(jié) PcR技術(shù)及應(yīng)用
一、PCR及其發(fā)明
二、PCR技術(shù)的原理
三、PCR的溫度循環(huán)過程
四、PCR的特點
五、影響PCR擴增的因素
六、PCR技術(shù)的擴展
七、PCR技術(shù)的應(yīng)用
第五節(jié) DNA序列分析
一、雙脫氧鏈終止法
二、:Maxam-Gilbert化學(xué)降解法
三、。DNA雜交測序
四、。DNA自動化測序
五、第二代測序技術(shù)
六、第三代測序技術(shù)
第六節(jié) IDNA與蛋白質(zhì)相互作用分析
一、凝膠阻滯試驗
二、DNase足跡試驗
三、染色體免疫沉淀技術(shù)
四、酵母雙雜交系統(tǒng)
五、酵母單雜交系統(tǒng)
第七節(jié) RNA干擾技術(shù)
一、RNAi作用機制
二、RNAi機制相關(guān)基因和酶
三、RNAi技術(shù)的應(yīng)用
四、RNAi技術(shù)要點
第三章 基因工程的酶學(xué)基礎(chǔ)
第一節(jié) 限制性內(nèi)切核酸酶
一、限制性內(nèi)切核酸酶的基本概念和生物學(xué)功能
二、限制性內(nèi)切核酸酶的命名
三、限制性內(nèi)切核酸酶的分類
四、限制性內(nèi)切核酸酶產(chǎn)生的末端
五、影響限制性內(nèi)切核酸酶酶切反應(yīng)的
因素
第二節(jié) DNA連接酶
一、DNA連接酶的基本性質(zhì)和特點
二、DNA連接酶的類型
三、DNA連接酶的連接反應(yīng)機制
四、DNA連接酶的連接反應(yīng)條件
五、影響DNA連接酶連接反應(yīng)的因素
第三節(jié) DNA聚合酶
一、大腸桿菌DNA聚合酶I
二、Klenow片段
三、T4 DNA聚合酶
四、T7 DNA聚合酶
五、修飾后的T7 DNA聚合酶
六、反轉(zhuǎn)錄酶
第四節(jié) DNA修飾酶
一、末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶
二、T4多核苷酸激酶
三、堿性磷酸酶
第五節(jié) 外切核酸酶
一、單鏈DNA外切酶
二、雙鏈DNA外切酶
第六節(jié) 單鏈DNA內(nèi)切酶
一、S1單鏈核酸酶
二、Bal 31核酸酶
第四章 基因工程載體
第一節(jié) 質(zhì)粒載體
一、質(zhì)粒
二、質(zhì)粒載體
三、經(jīng)典的大腸桿菌質(zhì)粒載體
四、其他質(zhì)粒載體
五、質(zhì)粒載體的穩(wěn)定性
第二節(jié) 噬茵體載體
一、噬菌體的一般特性
二、噬菌體的生活周期
三、單鏈噬菌體載體
四、雙鏈噬菌體載體——λ載體
第三節(jié) 大分子DNA克隆載體
一、酵母人工染色體
二、細菌人工染色體
三、人類人工染色體
四、植物人工染色體
第四節(jié) 病毒載體
一、CaMV載體
二、SV40病毒載體
三、腺病毒載體
四、反轉(zhuǎn)錄病毒載體
第五節(jié) RNAi載體
一、VICS載體
二、hpRNA表達載體
第五章 目的基因的獲取
第一節(jié) 化學(xué)合成法
第二節(jié) 直接分離法
第三節(jié) 體外擴增法
第四節(jié) 文庫構(gòu)建法
一、基因文庫的構(gòu)建
二、cDNA文庫的構(gòu)建
第五節(jié) 基于差異袁達分離目的基因
一、mRNA差異顯示PCR
二、消減雜交
三、cDNA代表性差異分析技術(shù)
四、抑制性消減雜交技術(shù)
第六章 基因的體外重組和轉(zhuǎn)移
第一節(jié) 目的基因的體外重組
一、目的基因和載體的酶切
二、酶切DNA的電泳檢測與回收
三、酶切DNA片段的體外連接
四、重組質(zhì)粒的驗證
第二節(jié) 重組栽體導(dǎo)入原核生物
一、基因工程常用的原核生物
二、重組載體導(dǎo)人大腸桿菌
第三節(jié) 重組載體導(dǎo)入真核生物
……
第七章 重組子克隆的篩選和鑒定
第八章 克隆基因的表達
第九章 外源基因表達產(chǎn)物的分離純化
第十章 大腸桿菌基因工程
第十一章 酵母基因工程
第十二章 高等植物基因工程
第十三章 哺乳動物基因工程