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1　绪论 1

1.1　经典遗传学（1857～1943年） 1

1.2　分子遗传学（1944～1972年） 4

1.3　基因工程技术（1973年至今） 6

1.4　功能基因组学 13

1.5　基因工程与生物安全 16

2　基因操作的主要方法和工具 20

2.1　分子生物学基本知识 20

2.1.1　遗传信息 20

2.1.2　基因和基因组 23

2.1.3　可转座元件 36

2.2　核酸操作 43

2.2.1　核酸的分离和检测 43

2.2.2　核酸的序列测定 48

2.3　限制性内切核酸酶 55

2.3.1　限制性内切核酸酶的类型 55

2.3.2 Ⅱ型限制性内切核酸酶 58

2.3.3　限制性作图 63

2.4　连接酶和聚合酶 65

2.4.1 DNA和RNA连接酶 65

2.4.2　DNA聚合酶 66

2.4.3　RNA聚合酶 68

2.5　DNA修饰酶 70

3　受体细胞和载体 71

3.1　受体细胞类型 71

3.2　大肠杆菌质粒载体 72

3.2.1　克隆性质粒载体 73

3.2.2　改进的质粒载体 75

3.3　大肠杆菌噬菌体载体 76

3.3.1　λ噬菌体载体 77

3.3.2　M13噬菌体载体 83

3.3.3　质粒与噬菌体杂合性载体 85

3.4　植物基因工程载体 87

3.4.1　Ti质粒 87

3.4.2　Ri质粒 90

3.4.3　植物病毒载体 91

3.4.4　质体基因工程载体 92

3.5　动物基因工程载体 94

3.5.1　反转录病毒载体 94

3.5.2　腺病毒载体 97

3.5.3　SV40病毒载体 98

3.5.4　其他哺乳动物病毒载体 99

3.5.5　昆虫细胞的杆状病毒载体 100

3.6　酵母基因工程载体 101

3.6.1　酿酒酵母载体 101

3.6.2　毕赤酵母载体 102

3.7　基因组载体 103

3.7.1　酵母人工染色体 103

3.7.2　BAC载体和F黏粒 105

3.7.3　P1噬菌体载体和PAC载体 106

3.8　DNA向宿主细胞的导入方法 107

4　基因的克隆与鉴定方法 110

4.1　基因的化学合成 110

4.2 目的基因的克隆策略 111

4.2.1　根据已知碱基序列或氨基酸序列克隆基因 113

4.2.2　根据表型变异克隆基因 114

4.2.3　基于图谱的基因克隆方法 119

4.3　文库的构建与目的基因克隆 123

4.3.1　cDNA文库的构建 124

4.3.2　基因组文库的构建 131

4.3.3　目的基因克隆的鉴别与分析 133

4.4　聚合酶链反应与基因克隆 143

4.4.1　PCR的基本特征 144

4.4.2　改进的PCR技术 147

4.4.3 实时PCR 151

4.4.4　PCR与目的基因序列的克隆 154

4.5　通路克隆系统 155

4.5.1　LR反应 155

4.5.2　BP反应 156

5　基因定位和基因组作图 158

5.1　遗传作图与基因定位 160

5.1.1 RFLP与基因定位 161

5.1.2　RFLP与遗传作图 163

5.1.3　其他分子标记 167

5.2　人类基因的定位方法 170

5.2.1　家系分析法 170

5.2.2　细胞融合与基因定位 172

5.2.3　异常染色体与基因定位 174

5.2.4　分子杂交与基因定位 175

5.3　物理图谱的构建 176

5.4　基因组计划 179

5.4.1　克隆重叠群 180

5.4.2　基因组序列的测定与组装 181

5.4.3　人类基因组计划 182

5.5　基因序列的分析 187

5.5.1　基因序列的分辨和验证 187

5.5.2　基因的结构与表达分析 189

6　原核与真核细胞表达体系 193

6.1　原核基因表达调控 193

6.1.1　原核基因表达的基本特征 193

6.1.2　操纵子学说 197

6.1.3　大肠杆菌细胞中的突变基因 199

6.2　原核细胞表达体系 201

6.2.1　大肠杆菌表达体系 201

6.2.2　其他原核表达体系 213

6.3　真核基因表达调控 214

6.3.1　真核基因的转录与翻译 214

6.3.2　真核细胞周期的调控基因 222

6.4　真核细胞表达体系 228

6.4.1　酵母表达体系 229

6.4.2　昆虫细胞杆状病毒表达体系 237

6.4.3　哺乳动物细胞表达体系 238

7　基因功能研究与基因工程药物 243

7.1　重组蛋白质药物 243

7.1.1　蛋白质工程 243

7.1.2　重组治疗性药物蛋白 244

7.1.3　新型抗体分子 246

7.1.4　基因工程疫苗 254

7.2　细胞因子 255

7.2.1　细胞因子的一般生物学特征 256

7.2.2　介导和调节先天性免疫的细胞因子 258

7.2.3　介导和调节适应性免疫的细胞因子 266

7.2.4　与T细胞分化和造血功能有关的细胞因子 272

7.2.5　细胞因子与信号转导 275

7.3　基因治疗 282

7.3.1　人类疾病的基因诊断 282

7.3.2　基因治疗 285

7.3.3　遗传指纹 296

8　基因功能研究的主要方法 300

8.1　通过动物模型研究人类基因的功能 300

8.1.1　转基因动物与克隆动物 300

8.1.2　动物乳腺生物反应器 306

8.1.3　动物模型和基因敲除技术 308

8.2　通过蛋白质相互作用研究基因功能 310

8.2.1　酵母双杂交技术 311

8.2.2　表面展示技术 320

8.2.3　免疫共沉淀技术 323

8.2.4　蛋白质亲和层析技术 324

8.2.5　交联技术和荧光共振能量转移技术 326

8.2.6　抗原表位的鉴定与分析方法 327

8.2.7　免疫磁珠和荧光微球技术 332

8.3　通过定点突变技术研究基因功能 336

8.3.1　早期的定点突变技术 336

8.3.2　改进的定点突变技术 337

8.3.3　PCR定点突变技术 339

8.3.4　利用定点突变技术研究核孔复合体转运机制 343

8.4　通过基因表达谱和表型变化研究基因功能 348

8.4.1　基因表达的差异分析 349

8.4.2　功能补偿分析和突变体库技术 358

8.4.3　数据库搜索与基因功能验证 363

8.4.4　基因芯片技术和基因表达谱分析 365

8.4.5　基因传感器 370

9　RNA干扰与基因功能研究 372

9.1　RNA干扰的一般生物学特征 372

9.1.1　RNA干扰的基本步骤 373

9.1.2 siRNA、stRNA和smRNA 375

9.1.3　RNA干扰技术 377

9.1.4 RNA干扰与表观遗传学 379

9.2　参与RNA干扰过程的主要蛋白质 380

9.2.1　RdRP 380

9.2.2　Dicer酶 384

9.2.3 Argonaute蛋白 385

9.3　染色质结构与RNA干扰 388

9.3.1　染色质结构与表观基因沉默 388

9.3.2　RNA干扰与可转座元件的异染色质化 392

9.4　RNA干扰与植物基因功能研究 396

9.4.1　植物中的基因共抑制现象 396

9.4.2　转录后基因沉默 398

9.4.3　双链RNA对基因组的调节作用 401

9.4.4　通过RNAi技术确定植物基因功能 404

9.4.5　沉默载体向植物细胞的导入方法 411

9.5　RNA干扰与动物基因功能研究 412

9.5.1 RNA干扰与线虫基因功能研究 413

9.5.2　RNA干扰与果蝇基因功能研究 418

9.5.3　RNA干扰与哺乳动物基因功能研究 423

10　植物基因功能研究的特殊方法 431

10.1　植物基因组 431

10.1.1　植物基因组的基本特征 431

10.1.2　表观遗传与基因表达 434

10.1.3　植物细胞周期的调节特征 436

10.2　植物基因工程 438

10.2.1　植物遗传转化 438

10.2.2　植物抗性基因工程 440

10.2.3　高等植物的质体基因工程 444

10.2.4　植物基因工程技术在医学中的应用 445

10.3　植物基因表达的调控方式 447

10.3.1　植物基因的启动子 447

10.3.2 RNA加工和RNA编辑 452

10.3.3　转录因子和顺式元件 454

10.3.4　转移基因的表达调控 456

10.4　植物遗传转化的选择体系 463

10.4.1　常用的植物标记基因 463

10.4.2　植物遗传转化的正选择体系 466

10.5　植物诱导表达体系和定点重组系统 470

10.5.1　植物基因表达的诱导体系 470

10.5.2　T7 RNA聚合酶——植物耦联表达体系 472

10.5.3　定点重组系统 472

10.6　植物细胞结构相关蛋白的功能研究 475

10.6.1　植物细胞中膜蛋白的功能研究 475

10.6.2　细胞壁蛋白的功能研究 480

10.6.3　细胞骨架蛋白的功能研究 485

10.6.4　液泡蛋白的功能研究 487

11　突变体与植物代谢基因功能研究 491

11.1　氨基酸合成代谢基因的功能研究 491

11.1.1　芳香族氨基酸合成 491

11.1.2　脯氨酸合成代谢途径 496

11.1.3　其他氨基酸合成代谢突变体 497

11.1.4　固氮作用 499

11.1.5　植物细胞对氨的同化过程 500

11.1.6　次生产物合成代谢基因的功能研究 501

11.1.7　含硫氨基酸及其衍生物的功能 503

11.2　脂类合成代谢基因的功能研究 505

11.2.1　植物脂类代谢突变体 505

11.2.2　脂类基因工程 509

11.2.3　聚-3-羟基链烷酸 512

11.3　光合作用和淀粉合成代谢基因的功能研究 513

11.3.1　突变体与光合作用研究 513

11.3.2　类胡萝卜素的生物合成 515

11.3.3　淀粉合成代谢 515

11.4　物质转运突变体 519

11.4.1　钾离子转运 519

11.4.2　磷的转运 520

11.4.3　微量元素转运蛋白 521

12　突变体与植物形态发生和开花基因功能研究 523

12.1　控制分生组织和信号转导的基因 523

12.1.1　芽和根的发生 523

12.1.2　突变体与植物信号转导研究 525

12.2　植物激素合成代谢基因的功能 527

12.2.1　赤霉酸合成代谢突变体 527

12.2.2　脱落酸合成代谢突变体 529

12.2.3　生长素与细胞分裂素合成基因 532

12.2.4　其他植物激素合成基因的功能研究 535

12.3　植物生殖发育突变体与基因功能研究 537

12.3.1　花分生组织的形成 537

12.3.2　控制开花的基因 539

12.3.3　花器官身份确定与花器官发育基因 541

12.3.4　雄配子体与雌配子体发育基因 547

12.3.5　雄性不育基因 550

12.3.6　与种子形成有关的基因 552

12.4　植物的衰老与程序性死亡基因 556

12.4.1　与植物组织衰老有关的基因 556

12.4.2　植物组织衰老的调节因素 558

13　植物抗性基因的功能研究 560

13.1　植物对病原体的应答特征 560

13.1.1　植物对病原体应答的一般特征 560

13.1.2　基因对基因假说 562

13.1.3　R基因 564

13.2　植物对病原体的防御机制 571

13.2.1　超敏反应和损伤模拟突变体 571

13.2.2　植物防御体系 573

13.3　基因工程与植物病害的控制 577

13.3.1　R基因转移体系 577

13.3.2　防御性基因与植物对病原体的抗性 579

13.4　植物对逆境胁迫的抗性 580

13.4.1　植物对水分胁迫和盐胁迫的应答机制 580

13.4.2　水分胁迫抗性基因工程 585

13.4.3　低温与其他逆境胁迫 586

13.4.4　植物应答非生物胁迫的关键性转录因子 588

参考文献 591

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