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第1章 绪论1

1.1 基因与基因工程1

1.1.1 基因的概念1

1.1.2 基因工程的诞生与发展3

1.1.3 基因工程的研究内容4

1.1.4 基因工程与生物工程的关系8

1.2 基因工程的操作和应用9

1.2.1 基因工程的操作流程9

1.2.2 基因工程的应用9

1.3 基因工程的安全性15

1.3.1 基因工程的安全隐患15

1.3.2 重组DNA研究的安全措施15

1.3.3 转基因产品的消费安全性17

思考题17

第2章 生物大分子——核酸与蛋白质19

2.1 核酸的结构与性质19

2.1.1 核苷酸19

2.1.2 DNA的结构20

2.1.3 RNA的结构22

2.1.4 核酸的性质24

2.1.5 核酸的定量和纯度测定25

2.2 蛋白质的结构和性质30

2.2.1 蛋白质的一级结构30

2.2.2 蛋白质的二级结构31

2.2.3 蛋白质的三级结构33

2.2.4 蛋白质的性质33

2.3 基因的组织34

2.3.1 原核生物基因的结构35

2.3.2 真核生物基因的结构35

2.4 大分子间的信息传导37

2.4.1 DNA的复制37

2.4.2 遗传信息的转录38

2.4.3 RNA的翻译42

思考题47

第3章 基因工程的工具酶48

3.1 限制性核酸内切酶48

3.1.1 寄主的限制和修饰现象48

3.1.2 限制性核酸内切酶的类型50

3.1.3 限制性核酸内切酶的命名56

3.1.4 影响限制性核酸内切酶活性的因素57

3.1.5 限制性核酸内切酶对DNA的消化作用59

3.1.6 限制性核酸内切酶反应的终止60

3.2 DNA修饰酶61

3.2.1 核酸酶61

3.2.2 聚合酶62

3.2.3 修饰DNA分子末端的酶64

3.3 DNA连接酶65

3.3.1 大肠杆菌和T4噬菌体的DNA连接酶65

3.3.2 影响连接反应的因素67

思考题68

第4章 目的基因的获得70

4.1 从基因组DNA中获得目的基因70

4.1.1 碱抽提法提取质粒DNA70

4.1.2 层析法获得细胞总RNA74

4.2 从基因文库中筛选目的基因75

4.2.1 基因组文库的构建75

4.2.2 cDNA文库的构建78

4.3 化学法合成目的基因84

4.3.1 磷酸二酯法84

4.3.2 亚磷酸三酯法84

4.3.3 寡核苷酸的连接86

4.4 通过PCR获得目的基因87

思考题87

第5章 基因扩增89

5.1 PCR技术89

5.1.1 PCR技术的发明89

5.1.2 PCR技术的原理90

5.1.3 PCR技术的特点92

5.2 聚合酶链式反应的最适条件93

5.2.1 Taq DNA聚合酶93

5.2.2 引物98

5.2.3 模板101

5.2.4 dNTP102

5.2.5 Mg2＋浓度102

5.2.6 PCR系统中的其他成分102

5.2.7 PCR的热循环计划102

5.3 聚合酶链式反应技术的应用104

5.3.1 基因克隆104

5.3.2 反向PCR与染色体步移105

5.3.3 不对称PCR与DNA序列测定106

5.3.4 RT-PCR与RNA分析108

5.3.5 实时定量PCR与基因表达分析109

思考题110

第6章 基因的体外重组111

6.1 基因克隆策略111

6.2 克隆载体112

6.2.1 质粒载体112

6.2.2 噬菌体载体128

6.2.3 柯斯质粒载体144

6.2.4 人工染色体载体148

6.3 DNA的连接152

6.3.1 DNA片段在体内和体外的连接——黏性末端的连接152

6.3.2 平齐末端的连接153

6.3.3 TA克隆158

思考题160

第7章 基因的转移与重组体的检测162

7.1 重组体向寄主细胞的导入162

7.1.1 重组体DNA分子的转化或转染162

7.1.2 λDNA的体外包装164

7.1.3 体外包装的λ噬菌体的转导166

7.2 重组体克隆的筛选与鉴定168

7.2.1 遗传检测法169

7.2.2 物理检测法175

7.2.3 核酸杂交筛选法176

7.2.4 免疫化学检测法179

7.2.5 DNA-蛋白质筛选法185

思考题185

第8章 外源基因在原核细胞中的表达187

8.1 原核生物基因表达的特点187

8.2 原核基因表达的调控序列189

8.3 原核表达载体195

8.4 提高克隆基因表达效率的途径198

思考题208

第9章 酵母的基因工程210

9.1 酵母基因的克隆210

9.1.1 酵母基因克隆载体——穿梭质粒211

9.1.2 利用大肠杆菌突变互补法克隆酵母生物合成基因216

9.1.3 用简单的互补法克隆酵母基因218

9.2 以酵母为材料对真核生物功能的研究220

9.2.1 酵母的同源重组220

9.2.2 用酵母研究高等生物基因的信号通路224

9.2.3 用酵母研究真核细胞核内小分子RNA U2的功能227

9.2.4 用酵母研究真核细胞蛋白质-蛋白质相互作用228

思考题229

第10章 转基因植物230

10.1 植株再生230

10.1.1 植物在遗传工程方面的优缺点230

10.1.2 原生质体再生植株231

10.1.3 叶盘再生植株233

10.2 植物基因转移的途径234

10.2.1 土壤农癌杆菌的Ti质粒引起冠瘿瘤234

10.2.2 Ti质粒的T-DNA部分转移至植物细胞235

10.2.3 T-DNA经过改造后作为基因工程载体236

10.2.4 植物基因转移的方式238

10.2.5 用报告基因证明转移基因在植物组织中的表达241

10.2.6 病毒作为植物基因转移的载体242

10.2.7 用基因枪和电击法将DNA转移入植物细胞244

10.2.8 用DNA包裹的粒子轰击可产生转基因细胞器245

10.3 转基因植物基因的表达247

10.3.1 植物表达抗感染的病毒外壳蛋白247

10.3.2 植物表达微生物毒素以阻止昆虫蚕食249

10.3.3 抗除草剂植物251

10.3.4 转基因花卉植物253

10.3.5 利用转基因植物生产有重要价值的蛋白质254

思考题255

第11章 哺乳动物细胞的基因工程与转基因动物257

11.1 哺乳动物细胞的基因转移257

11.1.1 永久性细胞系的建立与基因转移257

11.1.2 哺乳动物细胞的选择性标记257

11.1.3 哺乳动物细胞基因转移的途径259

11.1.4 转基因哺乳动物细胞基因的表达266

11.2 转基因小鼠276

11.2.1 转基因小鼠的微注射途径276

11.2.2 转基因小鼠的胚胎干细胞途径278

11.2.3 转基因的组织特异性表达281

11.2.4 转基因小鼠的应用281

11.3 转基因家畜285

11.3.1 重组牛生长激素促进动物泌乳和改善饲料利用率285

11.3.2 转基因家畜286

11.3.3 用转基因动物生产药物蛋白287

11.3.4 通过转基因表达病毒外壳蛋白以保护家畜免受病毒感染289

思考题289

第12章 基因工程与药物蛋白生产291

12.1 利用基因工程技术生产胰岛素和生长激素291

12.1.1 生产重组蛋白的表达系统291

12.1.2 重组人胰岛素的生产292

12.1.3 重组人生长激素的生产293

12.2 利用基因工程技术生产疫苗和其他复杂蛋白质295

12.2.1 乙型肝炎病毒疫苗的生产295

12.2.2 用哺乳动物细胞大规模生产人的复杂蛋白质297

12.3 利用基因工程技术生产抗体298

12.3.1 单克隆抗体298

12.3.2 对识别特异性抗原的抗体直接克隆和选择300

12.3.3 单克隆抗体的人源化301

12.3.4 双特异性抗体303

12.3.5 小分子抗体304

思考题306

第13章 基因诊断与基因治疗307

13.1 基因诊断307

13.1.1 基因诊断的特点和对象307

13.1.2 基因诊断技术308

13.1.3 基因诊断的应用示例311

13.2 基因治疗313

13.2.1 基因治疗的发展过程及基本策略313

13.2.2 反义核酸技术与基因治疗318

13.2.3 RNA干扰与基因治疗321

13.2.4 核酶与基因治疗323

思考题328

第14章 基因工程与社会伦理道德329

14.1 基因工程与宗教信仰和非政府组织的冲突329

14.2 基因工程在医学领域的伦理道德问题330

14.3 基因工程技术本身的社会伦理道德问题331

14.3.1 转基因食品的安全问题332

14.3.2 转基因的环境安全问题334

14.3.3 克隆技术的安全问题334

14.3.4 基因工程的其他社会和伦理道德问题335

思考题336

参考文献337