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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PCR151

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smRNA375

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　RdRP380

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