基因工程

內(nèi)容概要

本書共十章，重點闡述基因工程概論、基因工程條件、基因工程的主要技術(shù)、目的基因的獲得、重組子構(gòu)建及其轉(zhuǎn)化，外源基因表達的分子機制及提高其表達的技術(shù)策略、外源基因表達產(chǎn)物的分離和純化、植物、動物和微生物基因工程的技術(shù)流程與應(yīng)用和基因工程的安全性評價與管理等內(nèi)容。本書堅持基礎(chǔ)性、通用性和教學(xué)實用性相結(jié)合，在重點闡述基本理論、原理和方法的同時，盡可能反映基因工程領(lǐng)域的一些新進展。    本書的基礎(chǔ)性和實用性強，突出了農(nóng)林院校生物學(xué)專業(yè)偏向應(yīng)用的特點，適合用作全國農(nóng)林院校生物學(xué)及生物工程等相關(guān)專業(yè)本科教材。

作者簡介

　　何水林，博士，教授，博士生導(dǎo)師，生命科學(xué)學(xué)院副院長。1965年出生，1988年江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)專業(yè)學(xué)士畢業(yè)，1991年華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物栽培與耕作學(xué)專業(yè)碩士研究生畢業(yè)，1998年福建農(nóng)林大學(xué)作物栽培與耕作學(xué)專業(yè)博士畢業(yè)。曾于1996年10月-1998年1月在韓國慶北國立大學(xué)農(nóng)學(xué)院留學(xué)?，F(xiàn)主講《基因工程》、《進化生物學(xué)》等本科課程，《植物次生代謝》碩士研究生課程以及生物化學(xué)與分子生物學(xué)專業(yè)博士研究生課程《高級生化與分子生物學(xué)》，已累計承擔(dān)包括國家自然科學(xué)基金3項在內(nèi)的省部級項目10余項，在辣椒等蔬菜抗逆功能基因組學(xué)、細(xì)胞工程、蔬菜資源學(xué)以及高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高抗蔬菜新品種選育等方面進行了較為系統(tǒng)的研究：已分離鑒定應(yīng)答逆境的各類EST或TDF1000多個，建立了8個cDNA文庫，以此為基礎(chǔ)分離鑒定5個辣椒WRKY、3個辣椒NAC、3個辣椒AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子、3個MAPK、1個辣椒Rop和2個辣椒Rab、1個細(xì)胞膜激發(fā)子結(jié)合蛋白以及20余個其它具有重要功能的候選基因的全長cDNA，利用gateway克隆技術(shù)構(gòu)建了上述候選基因的的超表達和反義表達載體；建立了辣椒、胡蘿卜、水稻、煙草等作物的農(nóng)桿菌介導(dǎo)的高效遺傳轉(zhuǎn)化體系并獲得了上述近20個上述候選基因的超表達和反義表達的轉(zhuǎn)基因煙草和辣椒植株和株系；已從國內(nèi)外收集了130份辣椒資源并開展了分子標(biāo)記和農(nóng)藝性鑒定，利用這些資源開展了小孢子培養(yǎng)和優(yōu)良自交系和雜交組合的選育。在核心期刊上發(fā)表論文30余篇，主編教材《基因工程》（科學(xué)出版社，2008年3月）1部，參編教材《農(nóng)業(yè)總論》（面向二十一世紀(jì)教材，參編，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2000），出版專著《植保素代謝與植物防御反應(yīng)》（廣東科技出版社，2002）1部。

書籍目錄

前言第一章  緒論  第一節(jié)  基因工程的內(nèi)容與應(yīng)用    一、基因工程的概念    二、基因工程的技術(shù)流程    三、基因工程的基本條件    四、基因工程的技術(shù)策略    五、基因工程的作用與影響  第二節(jié)  基因工程的發(fā)展歷程和理論基礎(chǔ)    一、基因工程的發(fā)展歷程    二、基因工程理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐  第三節(jié)  學(xué)習(xí)基因工程課程的意義和方法    一、學(xué)習(xí)和研究基因工程的意義    二、學(xué)習(xí)基因工程的方法  思考題第二章  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-修飾系統(tǒng)    二、限制性內(nèi)切核酸酶的類型    三、限制性內(nèi)切核酸酶的命名    四、Ⅱ型限制內(nèi)切核酸酶的基本特性    五、影響限制性內(nèi)切核酸酶活性的因素    六、限制性內(nèi)切核酸酶對DNA的消化作用  第二節(jié)  DNA連接酶    一、DNA連接酶的發(fā)現(xiàn)    二、DNA連接酶的特點    三、DNA連接酶的作用機理    四、影響連接反應(yīng)的因素  第三節(jié)  DNA聚合酶和反轉(zhuǎn)錄酶    一、DNA聚合酶    二、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、大腸桿菌外切核酸酶Ⅶ    二、雙鏈外切核酸酶  第六節(jié)  單鏈內(nèi)切核酸酶    一、S1核酸酶    二、Bal 31核酸酶    三、脫氧核糖核酸酶工  第七節(jié)  RNA酶    一、核糖核酸酶A    二、核糖核酸酶H    三、核糖核酸酶T1  思考題第三章  載體  第一節(jié)  克隆載體    一、質(zhì)粒載體    二、噬菌體載體    三、噬菌體-質(zhì)粒雜合載體    四、人工染色體及其應(yīng)用  第二節(jié)  表達載體    一、質(zhì)粒表達載體    二、病毒表達載體    三、大片段表達載體  第三節(jié)  特殊用途的載體    一、插入或定點整合突變載體    二、啟動子探針型表達載體    三、RNAi載體  思考題第四章  基因工程的主要技術(shù)及其原理  第一節(jié)  DNA和RNA的提取和純化    一、DNA提取的基本原理與方法    二、RNA提取的基本原理與方法    三、DNA或RNA濃度、純度和相對分子質(zhì)量的測定  第二節(jié)  凝膠電泳    一、瓊脂糖凝膠電泳    二、瓊脂糖變性膠電泳    三、聚丙烯酰胺凝膠電泳    四、脈沖電場凝膠電泳    五、凝膠電泳中DNA的檢測  第三節(jié)  核酸和蛋白質(zhì)的分子雜交    一、探針的標(biāo)記    二、Southern雜交    三、Northem雜交    四、菌落(或噬菌斑)雜交    五、斑點印跡雜交和狹線印跡雜交    六、Western雜交    七、液相雜交  第四節(jié)  聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)    一、PCR技術(shù)原理    二、PCR反應(yīng)體系    三、PCR技術(shù)的應(yīng)用  第五節(jié)  DNA序列分析    一、Maxam-Gilbert化學(xué)降解法    二、Sanger雙脫氧鏈終止法    三、DNA的自動測序    四、DNA的測序策略    五、核苷酸序列的生物信息學(xué)分析  第六節(jié)  基因定點誘變    一、盒式誘變    二、寡核苷酸引物誘變    三、PCR誘變  第七節(jié)  DNA與蛋白質(zhì)互作分析    一、酵母單雜交系統(tǒng)    二、凝膠阻滯試驗    三、DNase Ⅰ工足跡試驗    四、DNA與蛋白質(zhì)互作的免疫沉淀分析  思考題第五章  目的基因的獲得  第一節(jié)  PCR擴增獲得目的基因或cDNA    一、已知序列基因的PCR擴增    二、常規(guī)PCR衍生的幾種基因克隆技術(shù)  第二節(jié)  基因組文庫的構(gòu)建與基因分離    一、基因組文庫的類型    二、構(gòu)建基因組文庫應(yīng)滿足的條件    三、基因組文庫的構(gòu)建    四、其他載體基因組文庫的構(gòu)建    五、基因組文庫的擴增篩選  第三節(jié)  cDNA文庫的構(gòu)建與篩選    一、cDNA文庫的特征及發(fā)展    二、構(gòu)建cDNA文庫應(yīng)滿足的條件    三、cDNA文庫的構(gòu)建    四、cDNA文庫的篩選  第四節(jié)  根據(jù)基因差異表達獲得目的基因    一、差異顯示PCR    二、cDNA代表性差異分析    三、抑制性削減雜交    四、RNA任意引物PCR  第五節(jié)  基因的化學(xué)合成    一、寡聚核苷酸單鏈的化學(xué)合成    二、探針的化學(xué)合成    三、連接子和接頭的合成    四、基因的半合成(酶促合成)    五、全長基因化學(xué)合成  思考題第六章  DNA重組的操作  第一節(jié)  DNA的體外重組    一、黏性末端的連接    二、平末端的連接    三、PCR產(chǎn)物的連接    四、Gateway載體構(gòu)建系統(tǒng)  第二節(jié)  重組體導(dǎo)入受體細(xì)胞的原理與技術(shù)    一、重組DNA導(dǎo)入大腸桿菌的方法    二、重組DNA導(dǎo)入真核細(xì)胞的方法    三、轉(zhuǎn)化率及其影響因素  第三節(jié)  重組子的篩選與鑒定    一、載體表型選擇法    二、根據(jù)插入基因的表型選擇法    三、DNA電泳檢測法    四、PCR檢測法    五、核酸雜交檢測法    六、免疫化學(xué)檢測法    七、DNA序列分析  思考題第七章  外源基因的表達及其優(yōu)化策略  第一節(jié)  影響外源基因表達的因素    一、閱讀框架對轉(zhuǎn)化基因表達的影響    二、順式作用元件對基因表達的影響    三、翻譯過程對表達的影響    四、表達系統(tǒng)對表達產(chǎn)物的影響  第二節(jié)  外源基因在原核細(xì)胞中的表達    一、原核生物基因表達與調(diào)控的特點    二、原核生物基因表達載體的組成特征    三、原核生物基因表達的受體系統(tǒng)    四、優(yōu)化外源基因在原核細(xì)胞中表達的策略  第三節(jié)  外源基因在真核細(xì)胞中的表達    一、真核生物基因表達與調(diào)控的特點    二、真核生物基因表達載體的組成特征    三、真核表達的受體系統(tǒng)    四、優(yōu)化外源基因在真核細(xì)胞中表達的策略  思考題第八章  外源基因表達產(chǎn)物的分離純化  第一節(jié)  重組蛋白分離純化方法選擇的基本原則    一、純化策略的制定    二、層析類型的選擇    三、多種分離純化技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用    四、合適分離純化介質(zhì)的選擇    五、分離純化過程的規(guī)模  第二節(jié)  不同表達形式的蛋白質(zhì)分離純化    一、分離純化的一般步驟    二、大腸桿菌表達的重組蛋白質(zhì)的分離純化    三、哺乳動物細(xì)胞表達的重組蛋白質(zhì)的分離純化  第三節(jié)  重組蛋白質(zhì)的質(zhì)量檢測    一、重組蛋白質(zhì)的質(zhì)量控制指標(biāo)    二、重組蛋白的質(zhì)量檢測項目與方法    三、重組蛋白質(zhì)的保存  思考題第九章  基因工程的應(yīng)用  第一節(jié)  植物基因工程的應(yīng)用    一、植物基因工程技術(shù)流程    二、植物基因工程的應(yīng)用    三、基因工程與常規(guī)育種相結(jié)合進行作物遺傳改良  第二節(jié)  動物基因工程的應(yīng)用    一、動物基因工程的技術(shù)流程    二、動物基因工程的應(yīng)用  第三節(jié)  微生物基因工程的應(yīng)用    一、微生物基因工程的技術(shù)流程    二、微生物基因工程的應(yīng)用  思考題第十章  基因工程及其產(chǎn)品安全性管理  第一節(jié)  基因工程的安全性問題    一、基因工程產(chǎn)品對人類健康的安全性    二、基因工程對生態(tài)系統(tǒng)的安全性    三、轉(zhuǎn)基因生物與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全性    四、基因工程與倫理道德    五、基因工程與動物權(quán)益保護  第二節(jié)  基因工程的安全性評價    一、基因工程生態(tài)安全性評價    二、基因工程食品安全性評價  第三節(jié)  基因工程安全管理    一、生物安全管理    二、中國轉(zhuǎn)基因生物的安全管理  思考題主要參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第一章　緒論　　基因工程是20世紀(jì)70年代在分子遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是一種可以按照人們的意愿設(shè)計、改造和組建生物品種的新技術(shù)。雖然問世不久，但已充分顯示出無限的生命力，它將對自然界和人類社會生活產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響?！　〉谝还?jié)　基因工程的內(nèi)容與應(yīng)用　　一、基因工程的概念　　基因工程是通過基因操作，將目的基因或DNA片段與合適的載體連接轉(zhuǎn)入目標(biāo)生　　物細(xì)胞，通過復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯外源目的基因以及蛋白質(zhì)的活性表達，使轉(zhuǎn)基因生物獲得新的遺傳性狀的操作?；蚬こ痰哪繕?biāo)是實現(xiàn)轉(zhuǎn)基因生物性狀的定向改良，技術(shù)上包括基因或DNA的體外重組、轉(zhuǎn)基因、重組子篩選與擴大繁殖等多個環(huán)節(jié)，目的性和技術(shù)性都很強，需要嚴(yán)密的實驗設(shè)計?！　』蚬こ叹哂幸韵聨讉€重要特征：①打破物種的界限，實現(xiàn)跨物種的基因轉(zhuǎn)移；②通過已知功能基因的遺傳轉(zhuǎn)化，可進行物種的定向改良；③可以創(chuàng)造出自然界中原本沒有的生物?！　≡诓粐?yán)格的情況下，有時又把基因工程稱為基因操作、遺傳工程或基因克隆，但嚴(yán)格來說它們的意義是有差別的?；虿僮鞣褐笇蜻M行酶切、連接、轉(zhuǎn)化等分子生物學(xué)操作，是基因工程的技術(shù)基礎(chǔ)；基因克隆是指對基因進行分離和擴大繁殖等操作過程，其目的在于獲得大量的基因拷貝，它在技術(shù)上主要包括載體構(gòu)建、大腸桿菌遺傳轉(zhuǎn)化、重組子篩選和擴大繁殖等環(huán)節(jié)，很多時候并不涉及動物、植物等的轉(zhuǎn)化及性狀的遺傳改良，顯然與基因工程不完全一致；廣義的遺傳工程是指所有能改變生物體遺傳性狀的技術(shù)，包括常規(guī)的有性雜交育種、染色體工程、細(xì)胞工程以及基因工程等。

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