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基因工程（第4版）

来源：花匠小妙招时间：2024-11-30 17:43

本书主要论述基因工程的基本原理、单元操作和应用策略。基本原理涉及基因的高效表达原理、重组表达产物的活性回收原理、基因工程菌（细胞）的稳定生产原理；单元操作包括DNA的切接反应、DNA重组分子的转化、转化子的筛选与重组子的鉴定；应用策略部分以大肠杆菌、酵母、高等动物及高等植物等基因工程受体系统为主线，结合具体的产业化案例，归纳出基因工程技术的实际应用策略。书中还简要述及了蛋白质工程（第二代基因工程）和途径工程（第三代基因工程）的原理与应用。

全书纸质内容与数字化资源一体化设计，数字课程涵盖彩色插图、教学课件、科技史话、术语扩展及自测试题等板块，在提升课程教学效果的同时，为学生学习提供思维与探索的空间，利于学生自主学习。

本书可作为高等学校生物工程、生物技术专业本科“基因工程”课程的教材，课堂教学建议学时为32～48；也可供从事生物工程技术研究和开发的人员参考。

前辅文1 概述1.1 基因工程的基本概念1.1.1 基因工程的基本定义1.1.2 基因工程的基本过程1.1.3 基因工程的基本原理1.1.4 基因工程的基本体系1.2 基因工程的发展历史1.2.1 基因工程的诞生1.2.2 基因工程的成熟1.2.3 基因工程的腾飞1.3 基因工程的研究意义1.3.1 第四次工业大革命1.3.2 第二次农业大革命1.3.3 第四次医学大革命2 DNA重组克隆单元操作2.1 DNA重组的载体2.1.1 质粒载体2.1.2 λ双链噬菌体DNA载体2.1.3 M13单链噬菌体DNA载体2.1.4 噬菌体/质粒杂合载体2.1.5 人工染色体载体2.2 DNA的体外重组（切与接）2.2.1 限制性内切核酸酶2.2.2 T4 DNA连接酶2.2.3 其他用于DNA重组的工具酶2.2.4 DNA切接反应的影响因素2.2.5 DNA分子重组的方法2.3 DNA重组分子的转化与扩增（转与增）2.3.1 DNA重组分子转化的基本概念2.3.2 受体细胞的选择2.3.3 转化方法2.3.4 转化率及其影响因素2.3.5 转化细胞的扩增2.4 转化子的筛选与重组子的鉴定（检）2.4.1 基于载体遗传标记的筛选与鉴定2.4.2 基于克隆片段序列的筛选与鉴定2.4.3 基于外源基因表达产物的筛选与鉴定2.5 目的基因的克隆2.5.1 鸟枪法2.5.2 cDNA法2.5.3 PCR扩增法2.5.4 化学合成法2.5.5 基因文库的构建3 大肠杆菌基因工程3.1 外源基因在大肠杆菌中的高效表达原理3.1.1 启动子3.1.2 终止子3.1.3 SD序列3.1.4 密码子3.1.5 质粒拷贝数3.2 大肠杆菌工程菌的构建策略3.2.1 包涵体型异源蛋白的表达3.2.2 分泌型异源蛋白的表达3.2.3 融合型异源蛋白的表达3.2.4 寡聚型异源蛋白的表达3.2.5 整合型异源蛋白的表达3.2.6 蛋白酶抗性或缺陷型表达系统的构建3.3 重组异源蛋白的体外复性活化3.3.1 包涵体的溶解与变性3.3.2 异源蛋白的复性与重折叠3.4 大肠杆菌工程菌培养的最优化控制3.4.1 细菌生长的动力学原理3.4.2 发酵过程的最优化控制3.4.3 大肠杆菌工程菌的高密度发酵3.5 基因工程菌的遗传不稳定性及其对策3.5.1 工程菌遗传不稳定性的表现与机制3.5.2 改善工程菌不稳定性的对策3.6 利用重组大肠杆菌生产人胰岛素3.6.1 胰岛素的结构及其生物合成3.6.2 人胰岛素的生产方法3.6.3 产人胰岛素大肠杆菌工程菌的构建策略4 酵母基因工程4.1 酵母的受体系统4.1.1 提高重组异源蛋白产率的突变型受体4.1.2 抑制超糖基化作用的突变型受体4.1.3 减少泛素依赖型蛋白质降解作用的突变型受体4.1.4 内源性蛋白酶缺陷型的突变型受体4.2 酵母的载体系统4.2.1 酿酒酵母中的2µ环状质粒4.2.2 乳酸克鲁维酵母中的线状质粒4.2.3 果蝇克鲁维酵母中的环状质粒4.2.4 含有ARS的YRp和YEp质粒及其构建4.2.5 含有CEN的YCp载体及其构建4.2.6 含有TEL的YAC载体及其构建4.3 酵母的转化系统4.3.1 酵母的转化程序4.3.2 转化质粒在宿主细胞中的命运4.3.3 用于转化子筛选的标记基因4.4 酵母的表达系统4.4.1 酵母启动子的基本特征与选择4.4.2 酵母启动子的可调控表达系统4.4.3 外源基因在酵母中表达的限制性因素4.4.4 酵母表达系统的选择4.5 酵母的蛋白质修饰分泌系统4.5.1 酵母的蛋白质分泌运输机制4.5.2 酵母的信号肽及其剪切系统4.5.3 酵母分泌型蛋白的糖基化修饰4.6 利用重组酵母生产乙肝疫苗4.6.1 乙肝病毒的结构4.6.2 产乙肝表面抗原的重组酿酒酵母的构建4.6.3 产乙肝表面抗原的重组巴斯德毕赤酵母的构建4.7 利用重组酵母生产人血清清蛋白5 高等动物基因工程5.1 动物转基因技术的基本概念5.1.1 动物转基因的效率5.1.2 动物转基因的结构5.1.3 动物转基因的表达特性5.1.4 动物转基因的生物学效应5.2 转基因导入动物体内的方法5.2.1 转基因的动物受体细胞系统5.2.2 动物细胞物理转化法5.2.3 动物病毒转染法5.2.4 工程胚胎干细胞法5.2.5 体细胞转基因克隆法5.3 利用动物转基因技术研究基因的表达与功能5.3.1 利用转报告基因探测动物基因组中的调控序列5.3.2 利用同源基因灭活细胞内源基因5.3.3 利用Cre/loxP系统条件性敲除基因5.3.4 利用CRISPR/Cas系统条件性敲除基因5.3.5 利用反义基因抑制细胞基因表达5.3.6 利用干扰RNA阻断特定基因表达5.4 利用转基因动物或细胞生产生物大分子5.4.1 动物细胞高效表达异源蛋白的基本原理5.4.2 利用哺乳动物细胞大规模培养技术生产结构复杂的人体蛋白质5.4.3 利用动物乳腺组织生产蛋白质药物5.5 转基因技术在动物遗传性状改良中的应用5.5.1 转基因鼠5.5.2 转基因兔、猪、羊5.5.3 转基因牛5.5.4 转基因鸡5.5.5 转基因鱼5.6 基因治疗5.6.1 基因治疗的基本策略5.6.2 肿瘤的基因治疗5.6.3 囊性纤维变性症的基因治疗5.6.4 杜氏肌营养不良症的基因治疗5.6.5 重度联合免疫缺陷症的基因治疗5.6.6 糖尿病的基因治疗策略5.6.7 骨髓细胞的转基因研究5.6.8 基因治疗的副反应及其对策6 高等植物基因工程6.1 高等植物的遗传学特性6.2 高等植物的基因转移系统6.2.1 Ti质粒介导的整合转化系统6.2.2 植物病毒介导的转染系统6.2.3 植物细胞的直接转化方法6.2.4 植物原生质体的再生6.3 高等植物的基因表达系统6.3.1 外源基因的四环素诱导系统6.3.2 外源基因的乙醇诱导系统6.3.3 外源基因的类固醇诱导系统6.3.4 外源基因的地塞米松诱导和四环素抑制系统6.4 利用植物转基因技术研究基因的表达与调控6.4.1 利用转报告基因展示高等植物基因表达与调控的信息谱6.4.2 利用病毒载体探查植物基因重排6.4.3 利用转座元件克隆植物基因6.4.4 利用T-DNA构建植物遗传突变株6.5 利用转基因植物生产重组异源蛋白和工业原料6.5.1 利用植物生物反应器生产医用蛋白6.5.2 利用植物生物反应器生产食品或饲料添加剂6.5.3 利用植物生物反应器生产工业原料6.6 转基因技术在植物品种改良中的应用6.6.1 控制果实成熟的转基因植物6.6.2 抗虫害的转基因植物6.6.3 抗病原体的转基因植物6.6.4 抗除草剂的转基因植物6.6.5 改变花型花色的转基因植物6.6.6 抗环境压力的转基因植物6.6.7 产生高品质产物的转基因植物6.6.8 转基因植物的安全性7 第二代基因工程——蛋白质工程7.1 蛋白质工程的基本概念7.1.1 蛋白质工程的基本特征7.1.2 蛋白质工程的研究内容及应用7.1.3 蛋白质工程实施的必要条件7.2 基因的体外定向突变7.2.1 局部随机掺入法7.2.2 碱基定点转换法7.2.3 部分片段合成法7.2.4 引物定点引入法7.2.5 PCR扩增突变法7.3 基因的体外定向进化7.3.1 易错PCR7.3.2 DNA混编7.3.3 体外随机引发重组7.3.4 交错延伸7.3.5 过渡模板随机嵌合生长7.3.6 渐增切割杂合酶生成7.3.7 同源序列非依赖性蛋白质重组7.3.8 突变文库的筛选模型7.4 蛋白质工程的设计思想与应用7.4.1 提高蛋白质或酶的稳定性7.4.2 减少重组多肽链的错误折叠7.4.3 改善酶的催化活性7.4.4 消除酶的被抑制特性7.4.5 修饰酶的催化特异性7.4.6 强化配体与其受体的亲和性7.4.7 降低异源蛋白药物的免疫原性8 第三代基因工程——途径工程8.1 途径工程的基本概念8.1.1 途径工程的基本定义8.1.2 途径工程的基本过程8.1.3 途径工程的基本原理8.2 途径工程的研究策略8.2.1 在现存途径中提高目标产物的代谢流8.2.2 在现存途径中改变物质流的性质8.2.3 利用已有途径构建新的代谢旁路8.3 初级代谢的途径工程8.3.1 乙醇生产菌的途径操作8.3.2 辅酶Q生产菌的途径操作8.3.3 氢气生产菌的途径操作8.4 次级代谢的途径工程8.4.1 聚酮生物合成的分子机制8.4.2 聚酮合酶各组成模块的操作策略8.4.3 聚酮生物合成基因的异源表达8.5 信号转导的途径工程8.5.1 信号转导途径的构成与功能8.5.2 信号转导途径的性能修饰8.5.3 信号转导途径的动力学行为修饰