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第1章 导论1

1.1基因的本质是DNA1

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SP163

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RNPs66

3.6.1rRNA的加工和核糖体66

3.6.2tRNA的加工、RNase P和酶活性RNA67

3.6.3mRNA的加工、hnRNPs和snRNPs68

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DNA98

5.2.2制备质粒DNA101

5.2.3制备噬菌体DNA105

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M13mp7129

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PACs136

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PCR158

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DNaseⅠ192

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