本教材根据目前生命科学领域中基因工程技术的研究与应用现状，重点针对普通高等院校生物、医药类本科专业的教学特点和培养目标要求，结合生物技术的应用实际，系统介绍了基因工程的基本原理与技术，及其在相关领域的应用、新进展和未来发展方向。它主要包括三方面内容：一是基因工程的理论与技术基础，包括基因与基因表达调控的基本原理，核酸的分离、分析、酶切、连接、修饰的原理和技术，以及基因工程载体的特点与运用；二是基因工程的基本原理与技术及其应用，其内容主要有目的基因克隆的原理与技术、目的基因在原核与真核生物中表达的原理与技术；三是基因工程技术的发展与应用，主要介绍了基因工程相关的技术发展及在相关领域的应用和基因工程产品的安全管理与专利保护问题。
本教材适合作为普通高等院校各类理工科专业（生物、医药类专业及其相关专业）的基因工程课程教材或参考书。

作者简介

刘志国，武汉轻工大学生物与制药工程学院，院长，教授，湖北省重点（培育）学科生物学负责人。中国生化与分子生物学学会脂质与脂蛋白专业委员会委员。湖北省食品安全企业标准备案审查专家。湖北省食品安全风险评估专家委员会委员。湖北省重大食品安全事故调查委员会委员。湖北省生化与分子生物学会常务理事。湖北省毒理学会理事。
1989年工作以来，一直从事教学与科研工作。先后承担过生物化学、基因工程、生化技术、生物制药技术等十多门课程的教学工作，是省级精品课程生物化学（2011至今）的课程负责人。曾先后获得：校“优秀教师”（2003年）、“评建工作先进个人” （2006年）、“教书育人先进个人”（2007年）、“师德标兵”（2012年）等荣誉。2009年获校教学成果一等奖，2012年获校教学成果特等奖。2013年获得全省第六届教育科学研究优秀成果奖三等奖。指导学生获得第六届湖北省“挑战杯”创业计划竞赛金奖和全国“挑战杯”创业计划竞赛铜奖（2010年）、第七届“挑战杯”银奖（2012年）。近年来，发表论文50多篇，授权发明专利2项，主持或承担国家自然科学基金3项，承担科技部科技重大专项和国家科技支撑计划子课题各1项，主持省自然科学基金2项目，省教育厅重点科技计划项目2项，武汉市科技局科技项目2项。

第一章概论1
一、基因工程的概念与基本步骤2
二、基因工程技术的发展历程4
三、基因工程的研究内容8
第二章基因与基因表达调控11
第一节基因的结构与功能11
一、基因的分子基础11
二、结构基因的基本结构12
三、原核生物基因结构与调控模式13
四、真核生物基因结构与调控模式14
五、特殊结构与功能的基因16
第二节基因组的结构与功能18
一、病毒基因组的结构与功能特点19
二、原核生物基因组的结构与功能特点20
三、真核生物基因组结构与功能的特点20
四、线粒体基因组21
五、人类基因组22
第三节基因的表达与调控23
一、基因表达调控的基本原理24
二、原核生物的基因表达调控26
三、真核生物的基因表达调控31
本章小结36
思考题37
第三章核酸分子的分离提取与酶切连接38
第一节核酸的分离纯化38
一、核酸分离提取的原则与要求38
二、核酸提取的主要步骤39
三、质粒DNA的分离纯化40
四、基因组DNA的制备42
五、RNA的提取42
六、核酸的定量43
七、核酸的凝胶电泳44
第二节DNA分子的酶切47
一、限制性核酸内切酶47
二、限制性内切酶切割DNA的方法50
三、影响限制性内切酶活性的因素53
四、DNA酶切的应用54
第三节DNA分子的连接55
一、连接酶55
二、DNA片段之间的连接56
三、平末端DNA片段的连接57
四、影响连接反应的因素58
第四节DNA分子的修饰59
一、末端转移酶对DNA的修饰作用59
二、T4多聚核苷酸激酶对DNA的修饰作用60
三、碱性磷酸酶对DNA的修饰作用61
本章小结61
思考题62
第四章基因工程载体63
第一节质粒载体63
一、质粒的一般生物学特性63
二、理想质粒载体的必备条件65
三、常用的质粒载体65
第二节噬菌体载体69
一、噬菌体载体的生物学特性69
二、λ噬菌体载体70
第三节酵母载体75
一、整合型载体（YIp）76
二、复制型载体（YRp）77
三、附加体型载体（YEp）77
第四节Ti质粒表达载体78
一、Ti质粒的结构78
二、Ti质粒的改造79
三、Ti质粒表达载体80
第五节病毒表达载体81
一、昆虫细胞的杆状病毒表达载体81
二、SV40病毒表达载体82
三、反转录病毒载体84
四、腺病毒克隆载体88
第六节人工染色体载体91
一、酵母人工染色体（YAC）载体92
二、细菌人工染色体（BAC）载体94
三、P1人工染色体载体96
本章小结97
思考题97
第五章目的基因克隆99
第一节PCR扩增法获得目的基因99
一、RT-PCR法99
二、其他PCR法101
第二节基因的合成107
一、DNA合成的原理108
二、人工合成基因109
第三节基因组DNA的克隆110
一、基因组文库的构建和检测111
二、大片段文库在环境基因组中的应用114
第四节cDNA文库构建及筛选115
一、RNA提取与质量鉴定116
二、cDNA文库构建117
三、cDNA文库的质量评价120
第五节差异克隆技术120
一、mRNA差异显示技术（DDRT�睵CR）120
二、抑制性差减杂交技术122
第六节DNA诱变124
一、定点突变124
二、随机突变127
第七节转化、筛选与鉴定128
一、重组DNA导入受体细胞129
二、重组子的筛选与鉴定133
三、DNA序列测定135
本章小结138
思考题139
第六章原核细胞基因工程140
第一节原核表达系统的种类140
一、大肠杆菌表达系统141
二、芽孢杆菌表达系统142
三、链霉菌表达系统142
四、蓝藻表达系统143
第二节原核细胞表达策略143
一、融合型表达144
二、非融合型表达144
三、分泌型表达145
四、多拷贝表达145
五、整合型表达146
六、提高表达效率的方法147
第三节基因工程菌的大规模培养152
一、基因工程菌发酵的特点152
二、基因工程菌的深层培养方式153
三、相关发酵的反应器155
第四节原核细胞表达产物的分离纯化156
一、分离纯化的目标与策略156
二、分离纯化的一般过程158
三、包涵体的溶解和重组蛋白的复性160
四、分泌蛋白质的浓缩162
第五节基因工程菌不稳定性及对策163
一、基因工程菌不稳定性产生的原因163
二、改善基因工程菌不稳定性的方法164
第六节原核细胞表达应用举例166
本章小结167
思考题168
第七章酵母基因工程169
第一节酵母基因工程表达体系169
一、酵母基因表达宿主系统169
二、酵母表达载体171
三、转化方法175
第二节常见酵母基因表达系统175
一、酿酒酵母表达系统175
二、毕赤酵母表达系统178
三、解脂耶氏酵母表达系统180
四、粟酒裂殖酵母表达系统181
五、乳酸克鲁维亚酵母表达系统183
第三节影响外源基因表达的因素184
一、转录水平控制184
二、表达载体的拷贝数和稳定性185
三、翻译水平控制185
四、其他因素186
五、酵母表达系统的新的应用方向186
第四节酵母基因工程应用举例187
一、利用重组酵母生产乙肝疫苗187
二、利用重组酵母生产人血清白蛋白188
本章小结189
思考题190
第八章动物基因工程191
第一节动物细胞基因工程191
一、动物细胞表达体系191
二、动物细胞表达载体的构建196
三、动物细胞转化方法与筛选198
第二节转基因动物202
一、转基因动物概念202
二、哺乳动物的转基因操作203
三、外源基因的整合与表达207
第三节动物转基因技术的应用前景210
一、基因功能的研究210
二、在农业上的应用211
三、在医学上的应用212
本章小结213
思考题214
第九章植物基因工程215
第一节植物基因工程载体215
一、植物基因工程载体的种类和特性215
二、植物基因工程载体的构建216
第二节植物基因工程遗传转化的受体系统221
一、植物基因转化受体的条件221
二、转化受体系统的类型及其特性222
第三节植物遗传转化的方法225
一、农杆菌介导法225
二、基因枪转化法227
三、花粉管通道转化法228
四、电激转化法228
五、化学物质诱导转化法229
六、显微注射转化法229
七、激光微束穿孔转化法230
八、脂质体介导转化法230
九、超声波法230
十、碳化硅纤维介导转化法230
第四节转基因植物筛选与鉴定230
一、生物学特性鉴定231
二、分子生物学检测231
三、基因芯片检测技术234
第五节高等植物基因的诱导表达系统235
一、外源基因的四环素诱导系统235
二、外源基因的乙醇诱导系统237
三、外源基因的类固醇诱导系统237
四、外源基因的地塞米松诱导和四环素抑制系统238
第六节植物基因工程的应用239
一、基因工程生产转基因黄金水稻239
二、抗虫害的转基因植物240
三、抗除草剂植物的育种240
本章小结241
思考题242
第十章基因工程相关新技术243
第一节核酸分子杂交技术243
一、核酸杂交的原理243
二、核酸探针的制备243
三、核酸杂交种类与方法249
第二节芯片技术256
一、基因芯片的基本原理256
二、基因芯片的种类256
三、基因芯片制作技术的基本步骤257
四、基因芯片技术的应用259
第三节蛋白质组学与酵母双杂交259
一、蛋白质组学259
二、酵母双杂交技术261
第四节基因敲除技术264
一、Cre-LoxP基因敲除系统265
二、基因敲除技术的应用267
第五节生物信息学267
一、生物信息学概述268
二、生物信息的检索及策略269
三、生物大分子序列的比对分析270
四、核酸序列分析271
五、蛋白质结构分析273
本章小结277
思考题277
第十一章重组DNA技术的应用279
第一节DNA与疾病诊断279
一、基因诊断的含义279
二、基因诊断的原理及特点280
三、基因诊断的方法280
四、基因诊断的应用283
五、问题及展望285
第二节疾病的基因治疗285
一、基因治疗的概念及内容286
二、基因治疗的分子机制287
三、载体系统287
四、基因治疗的策略与方法287
五、疾病的基因治疗288
六、问题及展望290
第三节传染病的防治291
一、新发和再发传染病的特征291
二、传染病防治的新策略及研究内容292
三、基因工程疫苗292
四、基因工程抗体295
五、DNA重组技术在传染病防治方面的前景展望296
本章小结296
思考题296
第十二章基因工程产品的安全管理与专利保护298
一、基因工程实验室生物安全管理298
二、基因工程操作对象和转基因产品可能带来的危害301
三、基因工程产品的安全管理现状304
四、基因工程产品的专利及保护问题306
本章小结308
思考题308
参考文献309