《基因工程》教学大纲

《基因工程》教学大纲
课程编号：233204
课程名称：基因工程
总学时数：48
实验学时：0
先修课及后续课：先修课为遗传学，分子生物学；后续课为酶工程
考核方式：“N+2”，其中“N”包括课程综述（10%）、期中测验（15%）、课程实验设计（10%），“2”为课堂笔记（10%）和期末考试（40%，闭卷）。

一、说明部分
1. 课程性质：生物技术专业课，必修
2. 教学目标及意义
基因工程技术是现代生物技术的核心技术。

以分子遗传学、微生物学、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。

通过对基因工程原理的系统学习，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，弄通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。

3. 教学内容及教学要求
基因工程是建立在分子遗传学、生物化学、微生物学、细胞生物学的基本原理和知识的基础之上的应用性科学。

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。

另外还介绍了基因工程技术在医药卫生和工农业生产中的应用，以及基因工程应用的安全性问题。

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遗传学基本原理，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。

4. 教学重点，难点
重点：基因的重组；重组体的鉴定；克隆基因的表达调控
难点：克隆基因的表达调控
5. 教学方法与手段
多媒体，实物投影仪等。

6. 教材及主要参考书：
教材：马建岗主编《基因工程学原理》（第三版），西安交通大学出版社，2013.
参考书：楼士林等编著《基因工程》（第一版），科学出版社2001.（21世纪高等院校教材，国家理科基地教材）
吴乃虎《基因工程原理》上下册（第二版），科学出版社，2002.
二、正文部分
第一章绪论（introduction to genetic engineering）
一、教学要求
了解：基因工程的发展和在社会生产中的应用。

掌握：基因工程的含义和基因工程诞生的理论与技术基础。

二、教学内容：
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
第二节基因工程的应用
一、基因工程在生命科学研究中的应用
二、基因工程在农业生产中的应用
三、基因工程在工业中的应用
四、基因工程在医药上的应用
五、基因工程在环境保护中的应用
第三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
三、本章学时数：2
第二章基因工程的酶学基础
一、教学要求：
了解：DNA连接酶和修饰酶在基因操作中的用途。

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；常用的DNA聚合酶的特性和用途以及探针的标记原理。

二、教学内容：
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
三、本章学时数：8
第三章基因工程载体
一、教学要求
了解：酵母人工染色体和细菌人工染色体的结构和工作原理。

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。

二、教学内容
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
第三节人工染色体载体
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
三、本章学时数：10
第四章目的基因的获取
一、教学要求
掌握：化学合成DNA的原理和DNA文库的构建原理。

二、教学内容：
第一节基因文库法获得目的基因
一、基因文库的基本概念
二、基因组文库的构建程序
三、cDNA文库的构建程序
第二节化学法合成目的基因
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PCR扩增法获得目的基因
一、PCR法定向扩增目的基因的基本原理
二、PCR克隆目的基因的基本程序
三、本章学时数：4
第五章基因的体外重组、转化以及重组体的选择和鉴定
一、教学要求
了解：转译筛选法和真核生物的报道基因筛选法。

掌握：在体外DNA连接的方式和原理以及感受态菌的制备原理，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。

二、教学内容：
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
第三节重组体的选择和鉴定
一、载体表型选择法
二、根据插入序列的表型特征选择
三、DNA电泳检测法
四、核酸杂交检测法
五、免疫化学检测法
六、转译筛选法
七、几种常用的真核生物重组基因选择方法
三、本章学时数：8
第六章克隆基因的表达
一、教学要求
了解：外源基因在真核生物中的表达方法。

掌握：原核生物表达系统的结构和工作原理。

二、教学内容
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、外源基因在植物中表达
三、在哺乳动物细胞中表达
三、本章学时数：8
第七章基因工程的常用技术
一、教学要求
掌握：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。

二、教学内容：
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、核酸杂交的原理
二、核酸探针的种类
三、核酸分子杂交技术
第四节基因扩增技术---PCR
一、基因扩增（gene amplification)
二、PCR技术
三、PCR延伸技术
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
三、本章学时数：8
教研室：执笔人：李玉晖系主任审核签名：。