基因工程（簡體書）

基因工程技術是現代生物技術的集中體現，該技術自誕生以來取得的傑出成就深刻影響和促進了生命科學的發展和人類社會的進步。基因工程不僅是生物技術專業和生物工程專業的主要專業課，也是生物科學專業必須學習和掌握的基本理論知識和基本研究技能之一，因此該課程在所有相關學科中佔有重要地位。常重傑主編的《基因工程》本著“重視基礎、拓展眼界、聯繫實際”的原則，對基因工程的基本概念和重要研究技術原理進行了系統、翔實的介紹。同時，部分內容結合教學實踐需要，介紹了該學科最新進展，並提供了重要文獻和進一步閱讀指南。本書以基因工程的研

《生命科學核心課程系列教材:基因工程》本著“重視基礎、拓展眼界、聯系實際”的原則，對基因工程的基本概念和重要研究技術原理進行了系統、翔實的介紹。同時，部分內容結合教學實踐需要，介紹了該學科最新進展，并提供了重要文獻和進一步閱讀指南。
《生命科學核心課程系列教材:基因工程》可作為師范院校、綜合性大學、農林院校相關專業本科生教材，同時也可作為相關專業研究生和科技工作者的參考用書。

前言
第1章緒論
1.1基因工程的基本概念
1.2基因工程的研究內容
1.3基因工程誕生的基礎
1.3.1基因工程誕生的理論基礎
1.3.2技術上的三大突破
1.4基因工程技術的誕生
1.5基因工程的應用
1.5.1 原核細胞基因工程
1.5.2植物基因工程
1.5.3 動物基因工程
1.5.4基因治療
1.5.5理論研究
1.6基因工程的安全性
1.7我國的《基因工程安全管理辦法》
思考題
參考文獻
第2章基因工程的基本技術
2.1凝膠電泳技術
2.1.1基本原理
2.1.2瓊脂糖凝膠電泳
2.1.3 聚丙烯酰胺凝膠電泳
2.1.4脈沖場凝膠電泳
2.1.5雙向電泳技術
2.1.6凝膠電泳片段的回收與純化
2.2分子雜交技術
2.2.1分子雜交的原理
2.2.2分子雜交的類型
2.3 PCR技術
2.3.1 PCR基本原理和反應過程
2.3.2 PCR反應的體系及其設計和優化
2.3.3 PCR產物的克隆
2.3.4 PCR技術的發展及其應用
2.4 DNA序列分析
2.4.1 Maxam—Gibert化學降解法
2.4.2 Sanger雙脫氧鏈終止法
2.4.3 DNA序列分析的自動化
2.4.4 DNA序列的生物信息學分析
2.5基因芯片及數據分析
2.5.1基因芯片概念
2.5.2 技術原理
2.5.3基因芯片的制備
2.5.4基因芯片的應用
2.6研究蛋白質與DNA相互作用的主要方法
2.6.1 酵母單雜交系統（可延伸雙雜交）
2.6.2凝膠阻滯試驗（Gel—shift）
2.6.3 DNaseⅠ足跡法
2.6.4噬菌體展示技術
思考題
參考文獻
第3章基因工程的工具酶
3.1限制性內切核酸酶
3.1.1 限制性內切核酸酶的發現與種類
3.1.2 限制性內切核酸酶的命名
3.1.3 Ⅱ型限制性內切核酸酶的基本特性
3.1.4影響限制性內切核酸酶活性的因素
3.1.5 限制性內切核酸酶酶切DNA的方法
3.2 DNA連接酶
3.2.1 DNA連接酶的發現
3.2.2 DNA連接酶的種類
3.2.3黏性末端DNA片段的連接
3.2.4平末端DNA片段的連接
3.2.5 影響連接反應的因素
3.3 DNA聚合酶和反轉錄酶
3.3.1 大腸桿菌DNA聚合酶Ⅰ及其應用
3.3.2 E.coli DNA聚合酶Ⅰ的Klenow大片段酶及其應用
3.3.3 T4噬菌體DNA聚合酶
3.3.4 T7噬菌體DNA聚合酶與測序酶
3.3.5反轉錄酶
3.4修飾酶類
3.4.1 末端脫氧核苷酸轉移酶
3.4.2 T4多核苷酸激酶
3.4.3堿性磷酸酶
3.5其他工具酶
3.5.1 S1核酸酶
3.5.2 Bal 31核酸酶
3.5.3核酸外切酶
3.5.4 RNA酶
思考題
參考文獻
第4章基因工程的克隆載體
4.1質粒載體
4.1.1質粒的一般生物學特性
4.1.2質粒DNA的復制與拷貝數的控制
4.1.3 質粒DNA的分離與純化
4.1.4質粒載體的構建及類型
4.1.5重要的大腸桿菌質粒載體
4.1.6質粒載體的穩定性問題
4.2噬菌體載體
4.2.1 噬菌體的一般生物學特性
4.2.2λ噬菌體載體
4.2.3 單鏈DNA噬菌體載體
4.3柯斯質粒載體
4.3.1柯斯質粒載體的構建及其特點
4.3.2 柯斯克隆
4.3.3柯斯克隆的改良
4.4噬菌粒載體
4.4.1 噬菌粒載體的概念
4.4.2 pUC118和pUC119噬菌粒載體
4.4.3 pBluescript噬菌粒載體
4.5人工染色體克隆載體
4.5.1構建大容量載體的必要性
4.5.2人工染色體的必需成分
4.5.3酵母人工染色體載體
4.5.4細菌人工染色體載體
4.5.5 P1人工染色體
4.5.6人類人工染色體
4.5.7植物人工染色體
思考題
參考文獻
第5章 目的基因的獲取與改造
5.1 DNA的人工合成
5.1.1 人工合成DNA的原理
5.1.2 人工合成DNA的應用
5.2從基因文庫獲取目的基因
5.2.1基因組文庫的構建與篩選
5.2.2 cDNA文庫的構建與篩選
5.2.3基因組文庫與cDNA文庫的區別
5.3 PCR技術與目的基因的分離
5.3.1 目的基因的直接擴增和克隆
5.3.2 目的基因的cDNA的克隆
5.4電子克隆獲取目的基因
5.4.1 電子克隆的基本原理
5.4.2利用EST擻據庫進行電子克隆
5.4.3利用基因組數據庫進行電子克隆
5.4.4全長cDNA的判斷
5.5根據基因差異表達獲得目的基因
5.5.1 mRNA差異顯示技術
5.5.2 cDNA代表性差異分析
5.5.3抑制差減雜交技術
5.6 目的基因的改造
5.6.1基因突變與人工誘變技術
5.6.2基因定點誘變
5.6.3基因隨機突變
思考題
參考文獻
第6章 目的基因的導入與重組體的鑒定
6.1重組DNA向原核細胞的導入
6.1.1 原核受體細胞的種類及特點
6.1.2轉化
6.1.3 重組質粒DNA分子轉化大腸桿菌
6.1.4 重組入噬菌體DNA分子轉導大腸桿菌
6.2重組DNA導入真核細胞
6.2.1 真核受體細胞
6.2.2 重組DNA分子導入酵母細胞
6.2.3 重組DNA分子導入植物細胞
6.2.4 重組DNA分子導入哺乳動物細胞
6.3重組體克隆的篩選與鑒定
6.3.1載體遺傳標記篩選法
6.3.2依賴于重組子結構特征分析的篩選法
6.3.3核酸分子雜交檢測法
6.3.4 免疫化學檢測法
……
第7章外源基因的原核表達系統
第8章外源基因的真核表達系統
第9章轉基因動物
第10章轉基因植物
第11章基因治療
第12章合成生物學與基因工程

在實際應用方面，生物芯片技術可廣泛應用于疾病診斷和治療、藥物篩選、農作物的優育優選、司法鑒定、食品衛生監督、環境檢測、國防、航天等許多領域。在疾病診斷方面，由博奧生物有限公司研發的多重等位基因特異性PCR通用芯片（allele—specific PCR—baseduniversal array，ASPUA），可在5h之內完成導致遺傳性耳聾的4種常見基因（GJB2、GJB3、SLC26A4和線粒體基因）的檢測；我國軍事醫學科學院已先后研制出快速檢測甲型H1N1流感病毒檢測基因芯片以及專門針對甲型H1N1流感病毒抗藥性的基因確診和耐藥性分析的基因芯片等。在司法方面，便攜式DNA芯片檢測裝置可以直接在犯罪現場對可能是疑犯留下來的頭發、唾液、精液等進行分析，并立刻與DNA罪犯指紋庫系統存蓄的DNA“指紋”進行比較，進行快速準確地破案。在藥物篩選方面，博奧生物芯片有限公司研發的“超高通量藥物篩選芯片”每小時能做380個細胞分析，而一個科研人員一天最多只能分析五六個細胞，這意味著藥物研發效率的飛躍，同時新藥物研發費用也大大降低。在農林方面，目前已利用基因表達譜芯片進行了植物激素的中心作用、植物基因與環境的相互影響、多種因素（肥力、種子、環境耐受力和抗蟲害等）與植物基因表達的關系的研究，最終有可能用生物芯片技術取代現在沿用的費時費錢的大田試驗模式。在食品安全方面，世界上第一個能夠檢測肉類中獸藥殘留的生物芯片系統在北京國家工程研究中心研制成功，該芯片能夠分析大量的生物分子，快速準確地完成肉類中獸藥殘留的檢測工作。目前，美國國立環境衛生研究院已開發出檢測環境有毒物的毒理芯片去評估未知化合物或混合物的潛在危害。在國防方面，生物戰劑與化學戰劑的偵檢是一項很復雜且又十分重要的工作，可以采用基因芯片技術檢測細菌、病毒、支原體、衣原體、立克次氏體等微生物；隨著許多威脅人類健康的疾病基因、各種與體能有關基因及機體對特殊環境的適應基因的陸續發現，使得分子選兵成為可能，生物芯片將廣泛用于分子選兵，尤其是對特種士兵的篩選以及軍人體能評價等領域。
總之，隨著大規模基因組測序的完成，生物學家開始從相對靜態的基因組研究轉向更為動態的基因表達過程研究。通過對不同細胞類型之間表達模式差異的研究，可以從動態的角度刻畫出一幅生命活動的“動畫”，來進一步探索生命的奧秘。在這一過程中，芯片技術展現出巨大的應用前景。基因芯片將為人類認識生命的起源、遺傳、發育與進化，為人類疾病的診斷、治療和防治開辟全新的途徑，為生物大分子的全新設計和藥物開發中先導化合物的快速篩選和藥物基因組學研究提供技術支撐平臺。
2.6 研究蛋白質與DNA相互作用的主要方法
DNA—蛋白質相互作用的研究是21世紀生命科學研究的主要課題之一，涉及了多學科前沿交叉領域里的相關知識和技術方法。弄清DNA—蛋白質相互作用的機制，對我們了解DNA轉錄調控和基因表達機制，揭示各種生命活動現象具有極其重要的指導作用。研究DNA蛋白質相互作用的實驗方法主要包括凝膠阻滯實驗、酵母單雜交體系、DNase Ⅰ足跡實驗、噬菌體展示技術和熒光技術等。
2.6.1酵母單雜交系統（可延伸雙雜交）
該技術是由J.J.Li和I.Herskowitz從酵母雙雜交技術發展來的。它通過對酵母細胞內報告基因表達狀況的分析，來鑒定DNA順式作用元件和轉錄因子的結合情況；通過篩選DNA文庫來獲得與靶序列特異結合的蛋白質基因序列。它的原理（圖2—28）是：根據大多數轉錄因子含有DNA結合結構域（DNA—binding domain，BD）和轉錄激活結構域（activation domain，AD），且兩結構域可完全獨立地發揮作用的特點，來設計攜帶有編碼“靶蛋白”的文庫質粒，從而使文庫蛋白編碼基因置換酵母原有轉錄因子CAL4的DNA結合結構域，并通過表達的“靶蛋白”與目的基因相互作用來激活RNA聚合酶，啟動下游報告基因的轉錄。由此可見，該系統需包含：①將文庫蛋白的編碼基因與轉錄激活域融合表達的cDNA文庫質粒；②含目的基因與下游報告基因的報告質粒。其中，文庫的設計和篩選實驗是整個酵母單雜交系統的核心技術。