一、课程基本信息
课程代码：250380
课程名称：基因工程
英文名称：Gene Engineering
课程类别：专业课（必修课）
学 时：45学时，27学时理论讲授，18学时实验，开课学期第五学期。
学 分：2.0
适用对象: 生物技术专业
考核方式：考试（平时成绩占总成绩的30%）
先修课程：生物化学，分子生物学，遗传学，细胞工程。
二、课程简介
“基因工程”是生命科学的重要学科，课程的主要内容包括基因工程的基本原理和方法：目的基因的获得，基因克隆的工具酶、载体，重组分子、重组子的鉴定与表达。课程的主要目的在于使学生掌握基因工程的意义、基因工程操作的基本理论，技术和应用，为今后开展基因工程研究打下理论基础。
Gene Engineering is one of the most important courses for life science students. The main content includes general theories and techniques: obtainment of the target gene, tool enzymes and vectors, molecule recombination, and its expression and test. The main purpose of the course is let students know significant, general theories, techniques and applications of Gene Engineering, so to make solidity knowledge base for further research.
三、课程性质与教学目的
基因工程是4年制生物技术专业的专业课。本课程是现代生物技术中最主要的一门技术，同时与其他工程技术相辅相成。通过本课程学习将使学生了解基因工程的研究内容，掌握基因工程的操作流程与基因工程研究的基本技术路线和原理，并熟悉基因工程在植物、动物及医药工业等方面的应用。
四、教学内容及要求
第一章 绪论
（一）目的与要求
1. 掌握基因工程的概念及其与生物工程的关系
2. 掌握基因工程的操作流程与基因工程研究的基本技术路线
3. 了解基因工程的研究内容
（二）教学内容
第一节
1．主要内容：基因与基因工程
2．基本概念和知识点：基因的概念，基因工程与生物工程的关系。
3．能力要求：掌握基因的现代概念与内涵，了解基因工程与与其他生物工程之间的关系。
第二节
1．主要内容：基因工程的操作和应用
2．基本概念和知识点：基因工程的操作流程，基因工程的应用
3．能力要求：掌握基因工程的大致步骤，了解基因工程的研究内容。
第三节
1. 主要内容：目的基因研究
2. 基本概念和知识点：目的基因，获得目的基因的途径。
（三）课后作业：1.区分基因，基因组和染色体。
2.选择题
科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴的生物技术——基因工程，实施该工程的最终目的是（ ）
A．定向提取生物体DNA分子
B．定向对DNA分子进行人工“剪切”
C．定向改造生物的遗传性状
D．在生物体外对DNA分子进行改造
（四）教学方法与手段
多媒体讲授。
第二章 基因工程工具酶
（一）目的与要求
掌握限制性核酸内切酶和DNA连接酶的特征、位点及发挥作用的条件。熟悉DNA聚合酶的特征及属性，了解逆转录酶的特点。
（二）教学内容
第一节 限制性核酸内切酶
1.主要内容
Ⅱ型限制性核酸内切酶的基本特性，影响核酸内切限制酶活性的因素。
2.基本概念和知识点：限制性核酸内切酶的类型及其特征，Ⅱ型限制性核酸内切酶的基本特性，Ⅱ型限制性核酸内切酶的切割方式，影响核酸内切限制酶活性的因素。
3.问题与应用：
1）掌握根据Ⅱ型限制性核酸内切酶的反应条件说出限制性核酸内切酶酶解反应中的注意事项。
2）掌握当一个DNA样品需要进行双酶切时，采用具体几种方案能使反应顺利进行？
第二节 DNA连接酶
1.主要内容
1）DNA连接酶的发现
2）DNA连接酶的连接机理
3）粘性末端DNA片段的连接
2.基本概念和知识点：
DNA连接酶的连接机理，粘性末端DNA片段的连接，影响DNA连接酶连接反应的因素。
3.问题与应用：掌握影响DNA连接酶连接反应的因素有哪些？
第三节DNA聚合酶
1.主要内容
1）DNA聚合酶的功能
2）E．coli DNA聚合酶在基因工程中的重要用途
2.基本概念和知识点：
掌握DNA聚合酶的功能以及E．coli DNA聚合酶在基因工程中的重要用途。
3.问题与应用：
了解E．coli DNA聚合酶Ⅰ用于杂交探针备时的步骤及原理。
第四节逆转录酶
1.主要内容
逆转录酶的功能及特点
2.基本概念和知识点：逆转录酶的功能及特点
3.问题与应用：了解逆转录酶的最主要用途是什么？
第三章 基因工程载体
（一）目的与要求
掌握载体的基本结构和质粒载体，了解噬菌体载体的特点、构建原理。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。
（二）教学内容
第一节 质粒（plasmid）载体
1.主要内容
1） 质粒的类型
2）质粒的一般生物学特性
3）理想质粒载体的必备条件
4）质粒载体的构建
5）经典的大肠杆菌质粒载体
6）常用的质粒载体
2.基本概念和知识点：
质粒的类型，理想质粒载体的必备条件，质粒载体的构建，经典的大肠杆菌质粒载体，常用的质粒载体
3.问题与应用：
掌握理想质粒载体的必备条件，经典的大肠杆菌质粒载体构建的特点，了解常用的质粒载体及其使用特点。
第二节 噬菌体载体
1.主要内容
1）噬菌体的一般特性
2）噬菌体的生活周期
3）单链噬菌体载体
4）双链噬菌体载体—l载体
2.基本概念和知识点：
掌握M13噬菌体载体的主要用途；
双链噬菌体载体—l载体构建的基本原理，构建l噬菌载体的基本步骤和内容。
3.问题与应用：
了解双链噬菌体载体—l载体构建的基本原理，构建l噬菌载体的基本步骤和内容。
第三节 表达载体
1.主要内容
1）表达载体构建的一般原则
2）植物表达载体
2.基本概念和知识点：
表达载体构建的一般原则，常用植物表达载体
3.问题与应用：
掌握表达载体构建的一般原则，掌握表达载体构建的常用启动子及其特点，选择标记和报告基因的策略。
（三）课后作业
1.简述理想质粒载体的必备条件
2. 常用的质粒载体及其特点
3. 收集常用的质粒载体的图谱，并熟悉处理载体的图谱的生物学软件。
4.掌握表达载体构建的一般原则
（四）教学方法与手段
结合板书的多媒体讲授。
第四章 核酸操作的基本技术
（一）目的与要求
掌握各类DNA提取的原理与技术。
（二）教学内容
第一节 DNA的提取与纯化
1.主要内容：DNA的提取与纯化
2.基本概念和知识点：碱抽提法提取DNA，提取DNA的其他方法，DNA的定量和纯度测定。
3.问题与应用：掌握基本操作步骤及了解几种常用化学试剂在提取DNA中的作用。
第二节RNA的提取与纯化
1.主要内容：RNA的提取与纯化
2.基本概念和知识点：掌握RNA的提取与纯化的原理与步骤。
3.问题与应用
掌握RNA的提取与纯化的原理与步骤。
第三节核酸的检测及保存
1.主要内容
1）核酸的检测
2）核酸的保存
2.基本概念和知识点：核酸的检测的三种主要方法及其原理
核酸的保存的关键因素。
3.问题与应用
核酸的检测的三种主要方法及其原理？核酸的保存的关键因素。
（三）实践环节
植物基因组DNA提取、纯化与含量测定方法和检测方法
质粒DNA的小量制备。
课后作业：提取DNA中加入B-巯基乙醇和EDTA的作用个是为何？
（四）教学方法与手段
画图讲授或多媒体讲授。
第五章 基因文库的构建与目的基因的获得
（一）目的与要求
1．了解目的基因（结构基因）的组成及排列方式；
2．了解目的基因获得的四种方法：
直接分离法—— DNA文库
逆转录法 —— cDNA文库
化学合成法
PCR法
（二）教学内容
第一节
1.主要内容：目的基因。
2.基本概念和知识点：结构基因的组成；原核生物基因的组成；真核生物基因的组成；其他基因组基因的组成；基因的排列。
3.能力要求：掌握基因区，转录启动区，转录终止区各自的功能与位置。
第二节
1.主要内容：基因文库的构建。
2.基本概念和知识点：①细胞染色体大分子DNA的提取和大片段的制备； ②载体DNA的制备；③载体与外源大片段连接； ④体外包装及基因组DNA文库的扩增；⑤重组DNA的筛选和鉴定。
3.能力要求：掌握基因组文库构建的基本步骤。
第三节
1.主要内容：cDNA的合成和克隆。
2.基本概念和知识点：①mRNA的提取及其完整性的确定； ②cDNA的合成和克隆； ③目的cDNA的鉴定。
3.能力要求：了解构建cDNA文库的基本步骤。
第四节
1.主要内容：化学法合成目的基因。
2.基本概念和知识点：磷酸二酯法；亚磷酸三酯法；寡核苷酸连接法。
3.能力要求：了解各类化学合成的特点与原理。
（三）课后作业：收集有关遗传图谱的资料，并作成PPT在课堂讲演。
（四）教学方法与手段
多媒体讲授。
第六章 基因的体外重组
（一）目的与要求
掌握基因工程的几类工具酶；掌握基因克隆的几类常用载体。
（二）教学内容
第一节
1.主要内容：限制性核酸内切酶。
2.基本概念和知识点：寄主的限制和修饰现象；限制性核酸内切酶的类型；限制性核酸内切酶的命名；影响限制性核酸内切酶活性的因素；限制性核酸内切酶对DNA的消化作用；限制性核酸内切酶反应的终止。
3.能力要求：掌握限制性核酸内切酶的定义与作用。
第二节
1.主要内容：克隆载体。
2.基本概念和知识点：质粒载体； 噬菌体载体； 柯斯质粒载体。
3.能力要求：了解各类载体的特点。
第三节
1.主要内容：DNA的连接。
2.基本概念和知识点：大肠杆菌和T4噬菌体的DNA连接酶； DNA片段在体内和体外的连接；平齐末端的连接； 影响连接反应的因素；多克隆位点；插入失活；蓝白筛选。
3.能力要求：了解各类连接平齐末端的连接，掌握蓝白筛选的原理。
（三）实践环节
载体质粒PUC19与外源基因的体外重组。DNA酶切、片段回收及重组连接
（四）教学方法与手段
多媒体讲授。
第七章 重组体的转移与重组体的检测
（一）目的与要求
学习重组基因的转移：转染，转化，转导,显微注射和电穿孔。
了解重组体的检测：遗传检测法，物理法，DNA杂交法，DNA-蛋白质法，转译法。
（二）教学内容
第一节
1.主要内容：重组体向寄主细胞的导入。
2.基本概念和知识点：重组体DNA分子的转化或转染；体外包装的入噬菌体的转导。
3.能力要求：掌握制备感受态受体菌的基本操作步骤。
第二节
1.主要内容：重组体克隆的筛选与鉴定。
2.基本概念和知识点：遗传检测法； 物理检测法； 核酸杂交筛选法； 免疫化学检测法； DNA—蛋白质筛选法； 转译筛选法。
3.能力要求：掌握Southern blotting 和western blotting的基本操作步骤。
（三）实践环节
大肠杆菌寄主感受态的制备，向大肠杆菌寄主的转化，重组基因转化及检测蓝白筛选。
（四）教学方法与手段
多媒体讲授。
第八章 外源基因的表达
（一）目的与要求
掌握在原核细胞中的表达和在真核细胞中表达的不同模式。
（二）教学内容
第一节
1.主要内容：外源基因在原核细胞中的表达。
2.基本概念和知识点：原核生物基因表达的特点； 基因表达的调控序列； 几种类型的原核表达载体；提高克隆基因表达效率的途径。
3.能力要求：了解三类原核表达载体。
第二节
1.主要内容：外源基因在真核细胞中的表达。
2.基本概念和知识点：真核细胞基因克隆载体（掌握穿梭载体，TI质粒和SV40病毒载体的工作原理）；哺乳动物基因转移的选择标记；外源基因导入真核细胞的方法。
3.能力要求：了解选择标记的意义与种类，掌握动物显微注射转基因技术的主要操作步骤。
（三）课后作业：
1．基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的，在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是（ ）
A．人工合成目的基因
B．目的基因与运载体结合
C．将目的基因导入受体细胞
D．目的基因的检测和表达
2．下列有关基因工程技术的叙述中正确的是（ ）
A．重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体
B．所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列
C．选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快
D．只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达
3．下列说法正确的是（ ）
A．DNA连接酶最初是从人体细胞中发现的
B．限制酶的切口一定是GAATTC碱基序列
C．质粒是基因工程中惟一用作运载目的基因的运载体
D．利用运载体在宿主细胞内对目的基因进行大量复制的过程可称为“克隆”
4．下列关于限制酶的说法不正确的是（ ）
A．限制酶广泛存在于各种生物中，微生物中很少分布
B．一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
C．不同的限制酶切割DNA的切点不同
D．限制酶的作用是用来提取目的基因
（四）方法与手段
多媒体讲授。
第九章 植物的基因工程
（一）目的与要求
学习植物基因工程目的基因类型，掌握不同基因转化的方法与程序。
（二）教学内容
第一节
1.主要内容：植物转化系统的建立。
2.基本概念和知识点：(1)高频再生系统的建立；(2)抗生素敏感试验； (3)农杆菌的敏感性试验。
3.能力要求：掌握建立植物再生系统的基本操作步骤。
第二节
1.主要内容：植物基因转移的途径。
2.基本概念和知识点：二元载体系统；农杆菌介导法进行植物基因转化的主要程序；植物基因工程中常用的报告基因；植物基因转化其他方法。
3.能力要求：掌握植物基因转化的三大类方法（农杆菌，基因枪和花粉管通道法）。
第三节
1.主要内容：植物基因的表达。
2.基本概念和知识点：植物表达抗感染的病毒外壳蛋白； 植物表达微生物毒素以阻止昆虫蚕食；抗除草剂植物；转基因花卉植物。
3.能力要求：掌握一个高效的转化载体应具备的条件。
（三）教学方法与手段
多媒体讲授。
五、各教学环节学时分配
|
教学时数
课程内容 |
讲
课 |
习 题 课 |
讨 论 课 |
实验 |
其他教学环节 |
小
计 |
|
第一章 |
2 |
2 | ||||
|
第二章 |
3 |
3 | ||||
|
第三章 |
3 |
3 | ||||
|
第四章 |
3 |
6 |
9 | |||
|
第五章 |
3 |
3 | ||||
|
第六章 |
3 |
0.5 |
6 |
9.5 | ||
|
第七章 |
3 |
0.5 |
6 |
9.5 | ||
|
第八章 |
3 |
3 | ||||
|
第九章 |
3 |
3 | ||||
|
合计 |
26 |
1 |
18 |
45 |
六、推荐教材和教学参考资源
教材：
基因工程原理与应用，陈宏主编，北京：中国农业出版社，2004
主要参考书目：
[1]范士靖，李建粤，程磊等．基因工程改良作物营养品质的研究．生物工程学报．2002，18(3)：381～386
[2]顾红雅，瞿礼嘉，明小天等主编．植物基因与分子操作．北京：北京大学出版社，1995
[3]郭蔼光，范三红，张大鹏编著．基因工程。西北农林科技大学印，2001
[4)贺淹才．简明基因工程原理．北京：科学出版社，1998
[5]侯文胜，郭三堆，路明．利用转基因技术进行植物遗传改良．生物技术通报。2002(1)：10—15
[6]金冬雁，黎孟枫等译．分子克隆实验指南．第二版．北京：科学出版社，1992
[7]晋康新，李晴。新基因克隆技术进展．国外医学分子生物学分册．1999，21(3)：136～140
[8]李德葆，徐平。重组DNA的原理和方法．杭州：浙江科学技术出版社，1993
[9)李劲平．使用基因片时应注意的几个问题生物技术通讯．2001，12(4)：332
[10]李如亮主编．生物化学实验．北京：科学出版社，
[11)李衍达，孙之荣等译．生物信息学．北京：清华大学出版社，2000
[12]李育阳．基因表达技术．北京：科学出版社，2001
[13]黎裕，贾继增，王天宇．分子标记的种类及其发展．生物技术通报．1999，4：19～22
[14]梁国栋主编．最新分子生物学实验技术．北京：科学出版社．2001
[15]梁雪莲，王引斌，卫建强．作物抗除草剂转基因研究进展．生物技术通报．2001：2
[16]龙建银，王会信．外源基因在大肠杆菌中表达的研究进展．生物化学与生物物理进展，1997，2：126—131
[17]楼土林，杨盛昌，龙敏南，章军编著．基因工程．北京：科学出版社，2002
[18]卢圣栋，马清钧，刘培得．现代分子生物学实验技术．第二版。北京：中国协和医科大学出版社，1999