基因工程教学大纲

基因工程教学大纲
课程简介：基因工程技术是现代生物技术的核心技术。

以生物化学、微生物学、细胞生物学、遗传学、分子生物学等学科为基础，引入工程学的概念，通过周密的设计，进行精确的实验操作，高效率地达到目的。

本课程主要为本科生讲述基因工程技术中的基本原理和设计思路以及一些常用的实验方法。

教学目的：通过对基因工程的系统学习，使本科生对这门已经对社会经济发展产生了巨大影响，并已被誉为本世纪最具发展潜力的学科之一的新兴起的学科有所了解，清楚它的基本原理和工作思路，适应社会对高新技术的要求，为毕业生走向社会参加相关领域的生产和科研或报考研究生进行相关课题研究打下基础。

教学基本要求：基因工程是建立在生物化学、微生物学、细胞生物学、遗传学；分子生物学的基本原理和知识的基础之上的应用性科学。

所以要求学生有扎实的上述课程基础。

在听课的过程中随时复习所涉及的分子生物学基本原理，对没有听懂的知识点及时提问，以免影响对后面知识点的理解与掌握。

在课程结束前要求每位学生在课余查阅相关的文献资料，并写一篇专题报告。

对讲述本门课程的教师要求有比较丰富的基因工程研究实践经验和阅读大量的相关参考书和科研文献，认真备课，根据基因工程技术的发展及时更新讲稿或课件。

课程基本内容及学时分配：
绪论（introduction to genetic engineering ）（2 学时）
本章要点：掌握基因工程的含义和基因工程诞生的理论基础与技术突破。

了解基因工程的发展和在社会生产中的应用。

第一节基因工程的诞生
一、基因工程的定义
二、基因工程诞生的理论基础
三、基因工程诞生的技术突破
四、基因工程的诞生
五、基因工程的特征
六、基因工程的主要操作内容
第二节基因工程的安全性
一、基因工程的安全隐患
二、重组DNA 研究的安全准则
第三节基因工程的应用
一、基因工程在农业生产中的应用
二、基因工程在工业中的应用
三、基因工程在医药上的应用
四、基因工程在环境保护中的应用第四节基因工程技术的商业化发展
一、商业投资支持现代生物技术研究
二、基因工程商业化特点
第一章基因操作的主要技术原理（4 学时）
本章要点：掌握DNA 提取、DNA 电泳、分子杂交、PCR 扩增和DNA 序列测定的技术原理。

了解酵母双杂交系统的原理。

第一节DNA 的提取与纯化
一、质粒DNA 的提取
二、基因组或其他DNA 的提取
三、DNA 的定量和纯度测定
四、DNA 分子量的估计
第二节DNA 的凝胶电泳
一、电泳的基本原理
二、琼脂糖凝胶电泳
三、聚丙烯酰胺凝胶电泳
四、凝胶染色
第三节核酸的分子杂交
一、Southern blot
二、Northern blot
三、原位杂交
第四节基因扩增技术---PCR
一、基因扩增( gene amplification)
二、PCR技术
第五节DNA 序列分析
一、双脱氧链终止法
二、Maxam-Gilbert 化学修饰法
三、DNA 杂交测序
四、DNA 自动化测序第六
节酵母双杂交系统
一、酵母双杂交系统的作用
二、酵母双杂交系统的原理
三、构建双杂交体系的宿主菌
四、构建报告基因( reporter gene)
五、构建双杂交体系的穿梭质粒
六、酵母双杂交的实验过程
第二章基因工程的酶学基础 (3 学时) 本章要点：掌握限II 型制性核酸内切酶的切割原理和部
分常用的限制性核酸内切酶的识别位点与切割末端。

掌握常用的DNA 聚合酶的特性和用途以
及探针的标记原理。

了解DNA 连接酶和修饰酶在基因操作中的用途。

第一节限制性核酸内切酶
一、限制性核酸内切酶
二、限制性内切酶的类型
三、限制酶的命名
四、影响限制性内切酶活性的因素
五、限制性内切酶对DNA 的消化第二节DNA 连接酶
一、DNA连接酶(ligase)的发现
二、DNA ligase 的特点
三、连接反应的机理
四、连接反应的温度
五、影响连接反应的因素
第三节DNA 聚合酶
一、基因工程中常用的DNA 聚合酶
二、常用的DNA 聚合酶的特点
三、DNA 聚合酶在基因工程中的用途第四节DNA 修饰酶
一、末端脱氧核苷酸转移酶( terminal transferase)
二、T4 多核苷酸激酶
三、碱性磷酸酶第五节核酸外切酶
一、单链DNA 外切酶
二、双链DNA 外切酶
第六节单链核酸内切酶
一、S1 核酸酶
二、Bal 31 核酸酶
第三章基因工程载体（3 学时）
本章要点：掌握载体的基本结构和质粒载体、噬菌体载体的特点、构建原理。

人
了解酵母工染色体和细菌人工染色体的结构和工作原理。

第一节质粒（plasmid ）载体
一、质粒
二、质粒的类型
三、质粒的复制类型
四、质粒载体的构建
五、经典的大肠杆菌质粒载体
六、质粒载体的不稳定性第二节噬菌体载体
一、噬菌体的一般特性
二、噬菌体的生活周期
三、单链噬菌体载体
四、双链噬菌体载体—载体第三节大分子DNA 克隆载体
一、酵母人工染色体（YAC）
二、细菌人工染色体（BAC）第四节病毒载体
一、反转录病毒载体
二、DNA 病毒载体第五节基因打靶载体（Targeting vector ）
一、基因打靶（gene targeting）
二、基因打靶载体的要求
三、基因打靶载体组成
四、基因打靶载体的整合方式
五、转染细胞的选择
第四章目的基因的获取（1 学时）本章要点：掌握化学合成DNA 的原理和DNA 文库的构建原理。

第一节基因组DNA 片断化一、限制性内切酶法二、随机片断化
第二节化学合成目的基因一、目前常用的化学合成方法二、化学合成DNA 片断的组装
三、寡聚核苷酸化学合成的优点第三节目的基因的保存和扩增一、基因文库的构建二、
cDNA 文库的构建
三、PCR扩增获得目的DNA
第四节目的基因的分离和扩增
一、目的基因的分离
二、PCR 扩增获得目的基因
第五章基因的体外重组和转化（1 学时）
本章要点：掌握在体育外源DNA 连接的方式和原理以及感受态菌的制备原理。

第一节DNA 片段的体外连接一、粘性末端的连接二、齐平末端（blunt end ）的连接
三、PCR产物的连接
四、DNA 体外连接应注意的事项
五、载体分子和外源DNA 插入片段的连接结果
第二节重组体导入细菌细胞
一、感受态大肠杆菌的制备
二、重组DNA 导入大肠杆菌
第六章重组体的选择和鉴定（2 学时）
本章要点：掌握常用的抗菌素抗性筛选、酶切筛选、酶联免疫吸附测定（ELISA ）、免疫印迹（western blotting ）法的原理。

了解转译筛选法和真核生物的报道基因筛选
法。

第一节载体表型选择法一、抗药性标记插入失活选择法二、-半乳糖苷酶显色反应选择法第二节根据插入序列的表型特征选择第三节DNA 电泳检测法
一、直接电泳检测法
二、酶切电泳筛选法
三、PCR 扩增检测法
第四节核酸杂交检测法一、原理二、核酸杂交检测方法第五节免疫化学检测法一、放射性抗体检测法二、免疫沉淀检测法
三、酶联免疫吸附测定（ELISA ）
四、免疫印迹（western blotting ）法第六节转译筛选法
一、无细胞翻译系统二、转译筛选
三、杂交抑制转译法
四、杂交释放转译法
五、DNA- 蛋白质相互作用筛选法第七节几种常用的真核生物重组基因选择方法
一、哺乳动物基因转移的选择标记
二、植物转化体报道基因筛选法
第七章克隆基因的表达（1 学时）
本章要点：掌握原核生物表达系统的结构和工作原理。

了解外源基因在真核生物中的表达方法。

第一节外源基因在原核细胞中的表达
一、原核生物基因表达的特点
二、原核表达系统的注意事项
三、原核生物基因表达的调控
四、外源蛋白在大肠杆菌中的表达部位
五、几种类型的原核表达载体
六、影响外源基因表达效率的因素
七、提高表达水平常用的方法
八、外源蛋白质表达后的正确修饰第二节外源基因在真核细胞中的表达
一、在酵母中表达
二、昆虫培养细胞表达系统
三、外源基因在植物中表达
四、在哺乳动物细胞中表达
教材及主要参考书：
教材：楼士林等编著《基因工程》，科学出版社2002 年第一版（21 世纪高等院校教材，国家理科基地教材）
参考书：吴乃虎《基因工程原理》上下册，科学出版社2002 年第二版齐义鹏《基因工程原理和方法》武汉大学出版社1989 年第一版。