《基因工程學(xué)》全書共12章，除第1章緒論外，其余各章主要闡述基因、工具酶、載體、重組DNA分子的轉(zhuǎn)化與重組子篩選、核酸的分離純化與目的基因的克隆、大腸桿菌基因工程、酵母菌基因工程、基因組、蛋白質(zhì)工程、途徑工程和合成生物學(xué)等內(nèi)容。
本書的特色：①以實(shí)際操作為抓手，詳細(xì)論述了基因工程的各個(gè)環(huán)節(jié)以及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)和實(shí)例；②重點(diǎn)講述了以大腸桿菌為代表的原核微生物和以酵母菌為代表的真核微生物的基因工程技術(shù)；③基因組這一章節(jié)，詳細(xì)講述了三代DNA測(cè)序和多種基因組定點(diǎn)編輯(同源重組、RecET/Red重組系統(tǒng)、ZFN、TALEN和CRISPR-Cas系統(tǒng))的原理，還介紹了與基因組學(xué)相關(guān)的自然科學(xué)和人文科學(xué)知識(shí)；④以蛋白質(zhì)工程的實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，介紹了基因改造的理性分子設(shè)計(jì)理論；⑤在講述途徑工程基本原理的基礎(chǔ)上，以全新的角度論述了其在實(shí)際工作中的應(yīng)用實(shí)例；⑥簡(jiǎn)要介紹合成生物學(xué)，以利于工程菌的準(zhǔn)確管控。
《基因工程學(xué)》是針對(duì)生物工程、生物技術(shù)、生物制藥專業(yè)本科生編寫的教材，可供生物技術(shù)和生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)的本科生使用，也可供研究生和有關(guān)科研人員參考。
第1章緒論 / 1
1.1基因工程的基本概念1
1.2基因工程的核心理論和核心技術(shù)2
1.2.1基因工程所依賴的核心理論2
1.2.2基因工程所依賴的核心技術(shù)2
1.3基因工程的建立與發(fā)展2
1.3.1基因工程的建立2
1.3.2基因工程的發(fā)展3
1.4基因工程的產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用7
1.4.1基因工程的產(chǎn)業(yè)化7
1.4.2基因工程的應(yīng)用7
1.5轉(zhuǎn)基因生物的安全性與倫理10
1.5.1轉(zhuǎn)基因生物的安全性10
1.5.2轉(zhuǎn)基因生物的倫理12
1.6應(yīng)用實(shí)例13
1.6.1問題的提出13
1.6.2生化產(chǎn)品生產(chǎn)中存在的問題13
1.6.3基因工程的用途13
1.6.4實(shí)例14
第2章基因 / 15
2.1孟德爾“遺傳因子”:生物性狀遺傳的符號(hào)15
2.2基因:位于染色體上的遺傳功能單位15
2.2.1等位基因16
2.2.2復(fù)等位基因17
2.3順反子:一個(gè)基因一條多肽18
2.4操縱子:遺傳信息傳遞和表達(dá)的統(tǒng)一體20
2.5超基因21
2.6假基因22
2.7斷裂基因23
2.7.1RNA剪接24
2.7.2內(nèi)含子類型26
2.8重疊基因29
2.9可動(dòng)基因30
2.9.1Ac-Ds系統(tǒng)31
2.9.2插入序列31
2.9.3轉(zhuǎn)座子33
2.9.4P因子37
2.9.5反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子38
2.10癌基因和抑癌基因38
2.11染色體外基因39
2.11.1質(zhì)粒39
2.11.2線粒體基因40
2.11.3葉綠體基因42
2.11.4非孟德爾遺傳42
第3章工具酶 / 44
3.1限制性內(nèi)切核酸酶44
3.1.1宿主的限制和修飾現(xiàn)象45
3.1.2限制性內(nèi)切核酸酶的類型45
3.1.3限制性內(nèi)切核酸酶的命名49
3.1.4影響限制性內(nèi)切核酸酶活性的因素50
3.1.5限制性內(nèi)切核酸酶對(duì)DNA的消化作用52
3.1.6限制性內(nèi)切核酸酶反應(yīng)的終止53
3.1.7限制性內(nèi)切核酸酶酶切反應(yīng)的操作步驟和注意事項(xiàng)53
3.2DNA聚合酶54
3.2.1DNA聚合酶Ⅰ（E.coli）54
3.2.2大腸桿菌DNA聚合酶Ⅰ的Klenow片段56
3.2.3T4 DNA聚合酶57
3.2.4依賴RNA的DNA聚合酶57
3.2.5T7 DNA聚合酶57
3.2.6修飾的T7 DNA聚合酶58
3.3DNA連接酶58
3.3.1大腸桿菌和T4噬菌體的DNA連接酶58
3.3.2影響連接反應(yīng)的因素59
3.3.3DNA片段在體內(nèi)和體外的連接——黏性末端的連接60
3.3.4平末端的連接61
3.3.5連接反應(yīng)的注意事項(xiàng)64
3.4DNA及RNA的修飾酶64
3.4.1末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶64
3.4.2T4多核苷酸激酶65
3.4.3堿性磷酸酶66
3.5外切核酸酶66
3.5.1外切核酸酶Ⅶ66
3.5.2外切核酸酶Ⅲ67
3.5.3λ外切核酸酶和T7基因6外切核酸酶68
3.6單鏈內(nèi)切核酸酶68
3.6.1S1核酸酶68
3.6.2Bal31核酸酶69
3.7細(xì)胞裂解酶70
3.7.1溶菌酶70
3.7.2蛋白酶K70
3.7.3纖維素酶70
3.7.4其他裂解酶71
3.8其他71
3.8.1瓊脂糖酶71
3.8.2核酸酶抑制劑71
第4章載體 / 72
4.1質(zhì)粒載體72
4.1.1質(zhì)粒的一般生物學(xué)特性73
4.1.2質(zhì)粒載體的選擇76
4.1.3常用的大腸桿菌質(zhì)粒載體78
4.2噬菌體載體86
4.2.1單鏈?zhǔn)删w載體86
4.2.2雙鏈?zhǔn)删w載體90
4.3黏粒載體95
4.3.1黏粒載體的組成96
4.3.2黏粒載體的特點(diǎn)96
4.3.3黏粒載體的應(yīng)用96
4.4噬菌粒載體97
4.4.1噬菌粒載體的概念97
4.4.2pUC118和pUC119噬菌粒載體98
4.4.3pBluescript噬菌粒載體98
4.5人工染色體載體100
4.5.1酵母人工染色體載體100
4.5.2細(xì)菌人工染色體載體101
4.5.3P1人工染色體載體103
第5章重組DNA分子的轉(zhuǎn)化與重組子篩選 / 104
5.1DNA分子的轉(zhuǎn)化與擴(kuò)增104
5.1.1DNA重組轉(zhuǎn)化的基本概念104
5.1.2受體細(xì)胞的選擇105
5.1.3轉(zhuǎn)化方法107
5.1.4轉(zhuǎn)化率及影響因素110
5.1.5轉(zhuǎn)化細(xì)胞的擴(kuò)增111
5.1.6進(jìn)行轉(zhuǎn)化時(shí)的注意事項(xiàng)112
5.2重組體克隆的篩選與鑒定112
5.2.1遺傳檢測(cè)法112
5.2.2物理檢測(cè)法116
5.2.3核酸雜交法119
5.2.4PCR檢測(cè)法122
5.2.5克隆基因定位法122
5.2.6測(cè)序檢測(cè)法124
5.2.7外源基因表達(dá)產(chǎn)物檢測(cè)法125
第6章核酸的分離純化與目的基因的克隆 / 128
6.1核酸的分離純化128
6.1.1核酸分離提取的原則128
6.1.2核酸的分離提取129
6.1.3質(zhì)粒DNA的提取132
6.1.4RNA的提取133
6.1.5核酸的檢測(cè)134
6.2目的基因的克隆136
6.2.1鳥槍法137
6.2.2cDNA法139
6.2.3PCR擴(kuò)增法143
6.2.4化學(xué)合成法153
6.2.5基因文庫的構(gòu)建156
第7章大腸桿菌基因工程 / 159
7.1外源基因在大腸桿菌高效表達(dá)的原理159
7.1.1啟動(dòng)子159
7.1.2終止子165
7.1.3核糖體結(jié)合位點(diǎn)165
7.1.4密碼子166
7.1.5質(zhì)�？截悢�(shù)168
7.2大腸桿菌工程菌的構(gòu)建策略169
7.2.1包涵體型異源蛋白的表達(dá)170
7.2.2分泌型異源蛋白的表達(dá)174
7.2.3融合型異源蛋白的表達(dá)175
7.2.4寡聚型異源蛋白的表達(dá)179
7.2.5整合型異源蛋白的表達(dá)182
7.2.6蛋白酶抗性或缺陷型表達(dá)系統(tǒng)的構(gòu)建183
7.3重組異源蛋白的體外復(fù)性活化185
7.3.1蛋白質(zhì)變性的動(dòng)力學(xué)原理185
7.3.2折疊中間狀態(tài)分子的聚結(jié)作用186
7.3.3包涵體的溶解與變性187
7.3.4異源蛋白的復(fù)性與重折疊189
7.4基因工程菌的遺傳不穩(wěn)定性及其對(duì)策195
7.4.1基因工程菌遺傳不穩(wěn)定性的表現(xiàn)與機(jī)制195
7.4.2改善基因工程菌不穩(wěn)定性的策略196
7.5大腸桿菌基因工程的案例198
第8章酵母菌基因工程 / 203
8.1酵母菌的宿主系統(tǒng)203
8.1.1提高重組蛋白表達(dá)產(chǎn)率的突變宿主菌203
8.1.2抑制超糖基化作用的突變宿主菌204
8.1.3減少泛素依賴型蛋白降解作用的突變宿主菌205
8.1.4內(nèi)源性蛋白酶缺陷型的突變宿主菌206
8.2酵母菌的載體系統(tǒng)206
8.2.1釀酒酵母的2μ環(huán)狀質(zhì)粒206
8.2.2乳酸克魯維酵母的線型質(zhì)粒208
8.2.3果蠅克魯維酵母的環(huán)狀質(zhì)粒208
8.2.4含ARS的YRp和YEp209
8.2.5含CEN的YCp210
8.2.6穿梭載體211
8.3酵母菌的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)212
8.3.1酵母菌的轉(zhuǎn)化程序212
8.3.2轉(zhuǎn)化質(zhì)粒在酵母細(xì)胞中的命運(yùn)213
8.3.3用于轉(zhuǎn)化子篩選的標(biāo)記基因214
8.4酵母菌的表達(dá)系統(tǒng)216
8.4.1酵母菌啟動(dòng)子的基本特征與選擇216
8.4.2酵母菌啟動(dòng)子的可調(diào)控表達(dá)系統(tǒng)217
8.4.3外源基因在酵母菌中表達(dá)的限制因素219
8.4.4酵母菌表達(dá)系統(tǒng)的選擇220
8.5酵母菌基因工程的案例222
第9章基因組 / 225
9.1基因組測(cè)序225
9.1.1DNA測(cè)序方法225
9.1.2基因組序列測(cè)定234
9.1.3序列組裝236
9.2功能基因組學(xué)240
9.2.1組學(xué)簡(jiǎn)介241
9.2.2轉(zhuǎn)錄物組241
9.2.3蛋白質(zhì)組242
9.2.4基因組學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)243
9.2.5基因組學(xué)應(yīng)用244
9.2.6基因組倫理學(xué)246
9.3基因組表觀遺傳248
9.3.1表觀遺傳248
9.3.2位置效應(yīng)249
9.3.3DNA甲基化250
9.3.4染色體重建250
9.4基因組編輯251
9.4.1遺傳重組252
9.4.2基因敲除257
9.4.3新一代的基因組定點(diǎn)編輯技術(shù)261
第10章蛋白質(zhì)工程 / 275
10.1蛋白質(zhì)工程的基本概念275
10.1.1蛋白質(zhì)工程的基本特征275
10.1.2蛋白質(zhì)工程的研究?jī)?nèi)容和應(yīng)用276
10.1.3蛋白質(zhì)工程實(shí)施的必要條件276
10.2實(shí)際工作中的蛋白質(zhì)工程277
10.2.1基因的體外定向突變277
10.2.2基因的體外定向進(jìn)化277
10.2.3突變文庫的篩選模型278
10.2.4蛋白質(zhì)工程的設(shè)計(jì)思想278
10.2.5蛋白質(zhì)基因改造的理性分子設(shè)計(jì)279
第11章途徑工程 / 287
11.1途徑工程的基本概念287
11.1.1途徑工程的基本定義287
11.1.2途徑工程的基本過程288
11.1.3途徑工程的基本原理290
11.2途徑工程的研究策略291
11.2.1在現(xiàn)存途徑中提高目標(biāo)產(chǎn)物的代謝流292
11.2.2在現(xiàn)存途徑中改變物質(zhì)流的性質(zhì)293
11.2.3利用已有途徑構(gòu)建新的代謝旁路294
11.3途徑工程的應(yīng)用實(shí)例294
11.3.1明串珠菌發(fā)酵產(chǎn)甘露醇294
11.3.2乳酸乳球菌發(fā)酵產(chǎn)甘露醇297
11.3.3在木質(zhì)纖維素生物煉制中的應(yīng)用297
11.3.4細(xì)胞性能的改進(jìn)298
第12章合成生物學(xué) / 301
12.1概述301
12.2合成生物學(xué)概念302
12.3合成生物學(xué)研究的核心內(nèi)容304
12.3.1生物成分標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)和構(gòu)建305
12.3.2中心法則再設(shè)計(jì)和構(gòu)建306
12.3.3生物網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和構(gòu)建308
12.3.4底盤基因組的設(shè)計(jì)和構(gòu)建312
12.3.5基因組合成313
12.4合成生物學(xué)的研究策略和方法314
12.4.1合成策略和方法315
12.4.2分析策略和方法321
12.5合成生物學(xué)的應(yīng)用研究323
12.5.1設(shè)計(jì)和構(gòu)建新的生物大分子323
12.5.2設(shè)計(jì)和構(gòu)建新的途徑/網(wǎng)絡(luò)324
12.5.3合成傳感器325
12.5.4合成生物學(xué)用于藥物發(fā)現(xiàn)、生產(chǎn)和治療327
12.5.5合成生物學(xué)用于控制代謝流量328
12.5.6工程細(xì)胞329
12.5.7合成生態(tài)系統(tǒng)330
12.6設(shè)計(jì)與構(gòu)建新的遺傳系統(tǒng)331
12.7合成生物學(xué)面臨的問題和挑戰(zhàn)332
12.7.1表征、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化332
12.7.2噪聲的處理332
12.7.3表觀遺傳332
12.7.4計(jì)算工具332
12.7.5程序化抽提333
12.7.6合成生物學(xué)結(jié)果的處理333
12.7.7部件不相容問題333
12.8社會(huì)及倫理問題333
12.9小結(jié)334
附錄 / 335
附錄一遺傳命名指南335
附錄二常見的克隆方法341
附錄三實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)342
附錄四實(shí)驗(yàn)室成員的基本素質(zhì)與行為準(zhǔn)則346
附錄五提取高質(zhì)量RNA的技巧349
參考文獻(xiàn) / 352
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