《基因工程原理与技术（英）》教学大纲

一、基本信息

二、课程描述

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。基因工程原理与技术为生物工程专业的专业课程，其任务是介绍基因工程的主要环节及与各环节相关的理论知识和实验方法，使学生了解基因工程的基本原理并掌握基本技能。

三、教学目标

通过本课程的理论教学和相关实验训练，使学生具备如下能力：

1、掌握基因工程的主要环节相关的知识，包括：基因工程的载体、基因的分离与化学合成、常用的工具酶、外源基因的导入和转化子的筛选及克隆基因的表达等。

2、掌握对植物及动物的基因工程、定位诱变和PCR技术等技术。在掌握基因工程原理的基础上，对该学科的发展和应用有更深入的了解。

四、课程目标对毕业要求的支撑

五、教学内容

第1章 绪论（2学时） （支撑课程目标1）

教学内容：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。

重点内容：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。

难点内容：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2章 基因操作的主要技术原理（4学时）（支撑课程目标1）

教学内容：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。

重点内容：电泳、PCR、杂交、测序的基本原理和操作步骤。

难点内容：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

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

第四节 DNA的序列分析

4.1 Sanger 双脱氧链终止法

4.2 shot-gun测序

第3章 基因工程的酶学基础（4学时）（支撑课程目标1）

教学内容：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。

重点内容：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。

难点内容：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4章 基因工程的载体（4学时）（支撑课程目标1）

教学内容：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。

重点内容：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。

难点内容：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5章 基因的分离与鉴定（4学时）（支撑课程目标1）

教学内容：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。

重点内容：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。

难点内容：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6章 真核基因在大肠杆菌中的表达（4学时）（支撑课程目标2）

教学内容：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；基因表达产物的检测方法；握表达载体、融合基因、融合蛋白的概念；大肠杆菌基因表达载体构建的基本元件；功能启动子分离的方法。

重点内容：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

难点内容：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

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

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

第7章 植物基因工程（4学时）（支撑课程目标2）

教学内容：转基因植物的概念，植物基因转移的方法与途径;植物基因转移的操作过程;植物基因工程研究常用的基因。

重点内容：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。

难点内容：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8章 动物基因工程（4学时）（支撑课程目标2）

教学内容：反转录病毒载体的特点和应用;其他常用的病毒载体的特点和应用;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。

重点内容：反转录病毒载体的特点和应用。

难点内容：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腺病毒载体

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

六、教学安排

该课程每周2学时，15周，30学时为课堂授课教学时间。实验实践单独设课。

建议教学进度如下：

七、教学方法与手段

    以课堂理论教学为主。课堂理论教学以多媒体课件为主，黑板板书为辅。在教学过程中注重能力的培养，以实际应用系统为例，提高理论教学实用性，提高学生分析和解决实际问题的能力。

八、考核方式及成绩评定

    考核方式： 期末考试闭卷，平时作业、出勤、课堂情况。

    成绩评定标准：总成绩（百分制）＝平时成绩×30％＋平时作业×10％＋期末考试成绩×60％。

九、教材及主要参考书

教学大纲编写说明

1、课程性质：指普通共同课、学科共同课、专业核心课、专业选修课、通识选修课及任意选修课等。

2、适用对象：指适用年级、学科类别、专业大类或具体专业。

3、先修课程：指选修该课程前，学生事先需先修的课程。

4、修订时间：大纲修订的年月，格式为年-月，如2015-12。

5、修订版本：与培养方案的版本相一致。

6、课程描述：对课程的性质、面向对象、教学目标、教学要求等做概要性描述。

7、教学目标：描述通过本课程的学习，使学生掌握的知识或达到的能力要求。

8、课程目标对毕业要求的支撑：结合专业培养方案，明确毕业要求与课程目标的对应关系。

9、教学内容：明确各章节的教学内容、重点内容和难点内容。

10、教学安排：说明课程总课时、教学周、课堂授课教学时间、课内实验教学时间、实践教学时间及各章节对应的学时数等内容。

11、课内实验内容、要求及学时：如果有课内实验，需填写此内容，明确实验内容、要求、学时等信息。

12、教学方法与手段：说明本课程采用哪些教学方法与手段。

13、考核方式及成绩评定：说明课程的考核方式、成绩比例及平时的纪律要求等。

14、教材及主要参考书：列出该课程相关的推荐教材和参考文献（包括书目和网络资源），格式为：作者，《书名》（版别），出版社，出版时间。