西北师范大学生命科学学院
基因工程教学大纲
genetic engineering
《基因工程》教学大纲
课程名称：基因工程
课程类型：专业必修
学 时：36学时
适用对象：生命类专业
先修课程：《生物化学》、《分子生物学》、《遗传学》、《微生物学》
一、课程性质、目的与任务以及对先修课程要求
基因工程技术是现代生物技术的核心技术，系统学习作为生物工程核心的基因工程可为众多课程的学习打下良好的基础，是生命学科的一门专业选修课。要求学生能较全面和深入理解基因工程原理，并了解生命科学研究的设计思路和基因操作技术平台的应用策略。以求为以后的学习和科研工作打下良好和扎实的理论基础。
本课程涉及到生物学的一些重要课程，如：普通生物学、生物化学、微生物学、遗传学和分子生物学，因此要学生选修这些课程之后，再选修本课程。
二、教学重点、难点
教学重点：本课程的理论课程的讲授侧重于基因工程操作的基本原理，而不是基因操作的实验，这是本课程内容安排的基本准则。课程主要是基因操作的基本原理，包括基因概念的发展、工具酶、载体、体外重组、外源基因的导入和筛选鉴定等。
教学难点：在讲授基因工程原理的同时，竭力与分子遗传学、细胞生物学、生物化学、分子生物学等赖以发展的学科和相关原理有机地结合起来，开阔学生视野，对生命科学的的基础知识融会贯通，做到理论与应用相结合。
三、与其他课程关系
基因工程是在《生物化学》，《分子生物学》等课程基础上开设的一门专业课；同时为后续的《功能基因组》、《生物芯片》、《生物信息学》打下基础。本课程的学习对全面掌握生物技术各专业基础课的内容具有重要作用，为进一步了解现代生物技术领域的内容具有重要促进作用。
四、教学内容、学时分配及基本要求
第一章 绪论（2学时）
基本要求：掌握基因工程技术的基本概念、基本原理以及基本过程，了解基因工程的发展历史以及研究意义，主要是基因工程的诞生和成熟；掌握基因的现代概念，并理解基因与基因工程之间的关系。
重点：遗传工程、基因工程的概念；基因工程理论上的三大发现和技术上的三大发现；基因工程的基本步骤；基因工程的意义。
难点：基因工程的概念；基因工程的基本步骤；基因工程的基本原理。
第一节 基因与基因工程的关系
1.1 基因与基因工程的关系
1.2 基因的现代概念
第二节 基因工程的主要研究内容及应用
2.1 基因工程的定义及其理论基础
2.2 基因工程技术的诞生及其发展史
2.3 基因工程的基本程序
2.4 基因工程的应用
第二章 基因操作的主要技术原理（10学时）
基本要求：掌握基因的分子克隆等基本技术的概念，以及重组体的概念和其鉴定方法，了解其方法的基本原理和基本操作步骤，最主要的是基因的分子克隆技术。
重点：电泳、PCR、杂交、测序的基本原理和操作步骤。
难点：PCR的应用；DNA与蛋白质的相互作用。
第一节 核酸凝胶电泳
1.1 电泳技术原理
1.2 琼脂糖凝胶电泳
1.3 脉冲场凝胶电泳
1.4 聚丙烯酰胺凝胶电泳
第二节 PCR原理
2.1 PCR技术的基本原理
2.2 PCR反应的各种组份及作用
2.3 不对称PCR(Asymmetrical PCR)
2.4 反向PCR（inverse PCR）
2.5 反转录PCR（RT-PCR）
2.6 基因组克隆
2.7 基因的体外诱变
2.8 基因组的比较研究
第三节 核酸分子杂交
3.1 核酸杂交的基本原理
3.2 常用的杂交膜
3.3 Southern DNA杂交技术
3.4 Northern DNA 吸印杂交技术
3.5 斑点印迹杂交和狭线印迹杂交
3.6 菌落及噬菌体杂交技术
3.7凝胶阻滞实验
3.8 DNaseⅠ足迹实验
3.9硫酸二甲酯（DMS）足迹实验
3.10甲基化干扰实验
3.11体内足迹实验
第四节 DNA的序列分析
4.1 Sanger 双脱氧链终止法
4.2 化学法测序
4.3 杂交测序
4.4 shot-gun测序
第三章 基因工程的酶学基础（6学时）
基本要求：通过本章的学习，熟悉基因工程中所使用的各种工具酶，并能在实际操作中运用它们。
重点知识：同位酶；同裂酶；同尾酶； DNA操作酶的功能及应用（S1核酸酶，DNase I,测序酶，DNA连接酶， Ligase,逆转录酶，碱性磷酸酯酶，甲基化酶）；限制性内切酶的分类、命名原则；电泳后DNA的检测方法；DNA分子量的估算方法；怎样提高平头末端的连接效率；如何实现目的基因与载体连接效率；提高重组率的方法。
难点知识：DNA操作酶的功能及应用；怎样提高平头末端的连接效率；如何实现目的基因与载体连接效率；提高重组率的方法。
第一节 限制性内切酶
1.1 细菌中修饰与限制的现象
1.2 限制酶的分离与命名
1.3 限制酶分类
1.4 Ⅱ型酶特征
1.5 限制性内切酶反应条件
1.6 Ⅱ型酶作用机制
1.7 限制性内切酶的应用
第二节 连接酶与分子的体外连接
2.1 DNA连接酶
2.2 粘性末端DNA片段的连接法
2.3 平末端DNA片段的连接法
2.4 同聚物加尾的连接法
2.5 衔接物连接法
2.6 接头连接法
第三节 聚合酶
重点：缺口平移、取代合成法
3.1 DNA聚合酶Ⅰ与缺口平移技术
3.2 T4-DNA聚合物与取代合成法
3.3 逆转录酶与互补DNA的合成
3.4 T7-DNA聚合物与修饰T7-DNA的聚合酶
第四节 修饰酶
4.1 末断脱氧核苷酸转移酶与同聚物加尾
4.2 T4多核苷酸激酶与DNA分子5’—端标记
4.3 碱性磷酸酶与DNA脱磷酸作用
4.4 SI核酸酶
第四章 基因工程的载体（8学时）
基本要求：熟悉基因工程中常用的各种载体，了解它们的特点并能在实际操作中运用它们。掌握作为载体的必备条件。了解载体的构建过程和基本方法。
重点：载体；克隆载体；表达载体；穿梭载体；质粒；严谨型质粒松弛型质粒；cos位点；λ cI突变体；溶源/溶菌性噬菌体；粘粒（cosmid）； 噬菌粒；载体的基本要求；质粒的基本特征及其分类；λDNA的特点；M13作为载体的优点；大肠杆菌质粒pBR322、pUC8、pGEM3Z-DNA的特点；不同载体克隆DNA的片段大小；M13、λDNA作为载体需要进行哪些改造？λ克隆载体的类型；YAC载体包括那些结构，来源和构建方法。
难点：严谨型质粒松弛型质粒；粘粒（cosmid）；噬菌粒；M13、λDNA作为载体需要进行哪些改造？λ克隆载体的类型； YAC载体包括那些结构，来源和构建方法。
第一节 质粒载体
1.1 质粒及其基本特征
1.2 天然质粒载体：Psc101质粒载体、ColEⅠ质粒载体
1.3 大肠杆菌中常用的质粒载体：PBR322质粒载体等
1.4 其它类型的质粒载体
1.5 质粒载体的稳定性
第二节λ噬菌体载体
2.1 λ-phage的分子生物学
2.2 λ-phage载体的构建
第三节 单链DNA噬菌体载体（M13）
3.1 M13噬菌体的生物学特性
3.2 M13噬菌体作为载体的优点
3.3 M13噬菌体载体的构建
第四节 噬菌粒载体
第五节cosmid载体
第六节 其他载体
6.1 YAC
6.2 BAC
6.3 PAC
第五章 基因的分离与鉴定（4学时）
基本要求：掌握DNA克隆片段产生与分离的方法、重组体DNA分子构建的过程、重组体分子导入受体细胞的方法和重组体分子选择与鉴定的方法。
重点：部分酶切；转化的方法有哪些？基因文库；cDNA文库；克隆基因的方法有哪些；克隆所使用探针的来源；；如何从基因文库中克隆目的基因？感受态细胞；插入失活；α-互补；Spi+；噬菌体DNA转化大肠杆菌的方法；重组噬菌斑的鉴定方法；重组DNA的鉴定方法。
难点：基因文库；cDNA文库；克隆基因的方法有哪些；如何从基因文库中克隆目的基因？建生物基因组文库需要克隆的数目；α-互补；噬菌体DNA转化大肠杆菌的方法；重组噬菌斑的鉴定方法；重组DNA的鉴定方法。
第一节 DNA克隆片段的产生与分离
1.1 获得外源基因的途径
1.2 基因组DNA的片段化
1.3 DNA片段大小的分离
1.4 编码目的基因的克隆片段的富集
第二节 重组体DNA分子的构建及导入受体细胞
2.1 原核生物的转化
2.2 真核生物的转化
第三节 基因克隆的实验方案
3.1 基因文库
3.2 CDNA基因克隆
3.3 基因组DNA克隆
3.4基因定位克隆的概念
3.5 RFLP(restriction fragment length polymorphism)分子标记
3.6 RFLP作图的原理与步骤
3.7大尺度基因组物理图谱的构建
第四节 克隆基因的分离
4.1应用核酸探针分离克隆的目的基因
4.2应用差别杂交或扣除杂交法分离克隆的目的基因
4.3应用表达文库分离克隆的目的基因
4.4应用mRNA差别显示技术分离克隆的目的基因
4.5酵母双杂交体系分离克隆的目的基因
第五节 重组子的选择与鉴定
5.1 遗传学检测法
5.2 物理筛选法
5.3 核酸杂交筛选法
5.4 免疫化学筛选法
第六章 真核基因在大肠杆菌中的表达（2学时；2学时课后自学）
基本要求：掌握外源基因表达条件及影响表达的因素，大肠杆菌基因表达系统；了解基因表达产物的检测方法；掌握表达载体、融合基因、融合蛋白的概念；掌握大肠杆菌基因表达载体构建的基本元件；掌握功能启动子分离的方法。
重点：大肠杆菌基因表达载体构建的基因元件及常见大肠杆菌基因表达系统，基因融合的策略及其优点
难点：外源基因在大肠杆菌中表达的基本条件、常用表达载体及提高表达的措施。
第一节 真核基因的大肠杆菌表达体系
1.1 大肠杆菌表达体系
1.2 克隆基因正确表达的基本条件
1.3 克隆基因表达活性的检测
第二节 大肠杆菌的表达载体
2.1表达载体的组成部分（自学）
2.2功能启动子的分离
2.3常用的大肠杆菌表达载体
第三节 克隆的真核基因在大肠杆菌细胞中的表达（自学）
3.1 外源蛋白质在大肠杆菌细胞中的表达部位
3.2 融合蛋白质的表达
第四节 影响克隆基因在大肠杆菌中表达效率的因素（自学）
第七章 植物基因工程（2学时）
基本要求：掌握转基因植物的概念，植物基因转移的方法与途径;了解植物基因转移的操作过程;了解植物基因工程研究常用的基因。
重点：掌握植物基因工程研究常用的基因；转基因植物的概念，植物基因转移的方法。
难点：植物基因转移的途径，转基因植物的研究现状。
第一节 植物基因的克隆与分离
1.1 根据基因的功能分离目的基因
1.2根据mRNA特异分离目的基因
1.3根据DNA的插入作用分离目的基因
第二节 植物基因工程研究常用的基因
2.1选择标记
2.2报告基因
2.3抗虫基因
2.4抗病基因
2.5非生物胁迫的抗性基因
第三节 植物基因转移的病毒载体
3.1单链RNA植物病毒
3.2双链DNA植物病毒
第四节 植物基因转移的质粒载体
4.1病原土壤杆菌
4.2植物冠瘿的诱发与冠瘿细胞的特性
4.3 Ti质粒的遗传特性
4.4 T-DNA的结构与功能
4.5 Ti质粒载体
第五节 植物基因转化方法
5.1 生物转化
5.2 花粉管通道法
5.3 脂质体转化
5.4 电击法
第六节 转基因植物的检测鉴定
6.1报告基因的表达检测
6.2转基因植物的PCR检测
6.3外源基因整合杂交鉴定
6.4外源基因表达蛋白的检测
第八章 动物基因工程（2学时）
基本要求：掌握反转录病毒载体的特点和应用;了解其他常用的病毒载体的特点和应用;掌握哺乳动物基因转移的方法与途径;了解转基因技术的应用和发展。
重点：反转录病毒载体的特点和应用。
难点：哺乳动物基因转移的方法与途径；转基因技术的应用和发展。
第一节 哺乳动物基因转移的遗传选择标记
1.1哺乳动物基因转移的遗传选择标记
1.2 SV40病毒载体生物学特性及载体
1.3 重组的病毒-质粒载体
第二节 哺乳动物的载体系统
2.1反转录病毒载体
2.2痘苗病毒载体
2.3乳头瘤病毒载体
2.4腺病毒 (Adenoviruses)载
第三节 转基因导入细胞内的方法
3.1 物理方法
3.2化学方法
3.3生物方法
第四节 转基因动物
4.1转基因动物的研究历史
4.2转基因技术的应用及发展
五、主要参考书
1. 《基因工程原理》吴乃虎 科学出版社2010
2. 《基因工程概论》张惠展 华东理工大学出版社 1999
3. 《基因工程》 楼士林 科学出版社 2002
4. 《基因工程》 杨汝德 华南理工大学出版社 2003
5. 《分子克隆实验指南(第三版)》 萨姆布鲁克 J. 科学出版社 2002
6. 《基因工程学原理》马建岗 西安交大出版社 2001
7．《途径工程—第三代基因工程》张惠展 中国轻工业出版社 2002
8. 《GeneⅧ》 Benjamin Oxford University Press 2008
六、课程的考核方式及方法
考试的基本要求：笔试、闭卷（A/B卷）
考试目的： 测评学生对基因工程基本原理和方法的掌握程度，以及运用基因工程基本原理和方法设计实验解决实际问题的能力。
考试的内容及范围：《基因工程》课程教学大纲规定的内容。
考试形式：四部分，共100分。
第一部分：名词解释（20分），测评学生对基本概念的掌握理解程度；
第二部分：选择、判断（20分），测评学生对基本概念、原理和方法的掌握理解程度；
第三部分：简答题、问答题（60分），测评学生对基因工程基本原理方法的理解和应用能力；综合测评学生对基因工程基本原理方法的应用能力。
考试对象：修完该课程且经考核有资格参加考试的学生；
总评成绩：卷面成绩（70%）；根据平时课堂提问、小测及是否旷课的情况给平时成绩（30%）。