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第1章　基因与基因组学1

1.1 遗传物质的本质1

1.1.1 DNA是遗传物质1

1.1.2 RNA也可以作为遗传物质2

1.2　基因的概念3

1.2.1 孟德尔遗传因子3

1.2.2 基因是位于染色体上的实体3

1.2.3　“一个基因一个酶”假说4

1.2.4 顺反子是一个基因4

1.2.5 操纵子是遗传信息传递和表达的统一体5

1.2.6 基因结构和功能的认识进展6

1.3　基因组8

1.3.1 结构基因组学9

1.3.2 功能基因组学研究11

1.3.3 基因组的数据处理15

1.3.4 基因组学相关的学科15

参考文献15

第2章　染色体与植物遗传工程17

2.1 染色体的结构和功能17

2.2　染色体工程的经典方法18

2.2.1 单体附加系的选育19

2.2.2 臂间易位系的选育19

2.2.3 小片段易位的选育20

2.3　染色体特定位点的重组20

2.3.1 特定位点的重组酶20

2.3.2 特定位点的重组技术21

2.3.3 特定位点重组系统的应用21

2.4　染色体的显微切割22

2.4.1 目标染色体的辨认22

2.4.2 染色体的显微切割与分离22

2.4.3 染色体的微克隆23

2.4.4 染色体微克隆文库的鉴定23

2.4.5 植物染色体显微切割技术的应用24

2.5　花粉染色体工程24

2.5.1 花粉染色体工程的原理25

2.5.2 花粉染色体工程的操作程序25

参考文献26

第3章　染色体外遗传27

3.1　线粒体的遗传27

3.1.1 线粒体基因组28

3.1.2 线粒体基因组的结构31

3.2　叶绿体的遗传32

3.2.1 叶绿体DNA的大小范围33

3.2.2 叶绿体基因组的结构34

3.2.3 叶绿体基因组结构的变异36

3.3　核外遗传与植物雄性不育性37

3.3.1 植物的雄性不育性37

3.3.2 线粒体与雄性不育性38

3.3.3 叶绿体与雄性不育性39

参考文献39

第4章　体细胞遗传41

4.1 植物体细胞培养与形态发生41

4.1.1 植物组织培养技术42

4.1.2 植物组织培养与形态发生44

4.2　胚乳培养与多倍体育种46

4.2.1 胚乳培养46

4.2.2　胚乳培养的形态发生48

4.3　植物体细胞变异与突变体筛选50

4.3.1 植物体细胞变异及其机制50

4.3.2 植物体细胞突变体筛选53

4.4　花药培养与单倍体育种55

4.4.1 花药培养55

4.4.2　植物单倍体育种56

4.5　植物原生质体培养与细胞融合57

4.5.1 原生质体培养57

4.5.2 原生质体融合与杂种细胞的筛选59

参考文献60

第5章　目的基因和标记基因63

5.1　抗植物虫害基因63

5.1.1 苏云金杆菌毒蛋白基因63

5.1.2 植物蛋白酶抑制剂基因65

5.1.3 植物凝集素基因67

5.1.4 淀粉酶抑制剂基因68

5.1.5 胆固醇氧化酶基因69

5.1.6 营养杀虫蛋白基因69

5.1.7 系统肽基因70

5.1.8 其他抗虫基因70

5.2　抗植物病毒基因71

5.2.1 外壳蛋白基因72

5.2.2 复制酶基因——病毒特异性地依赖于RNA的RNA多聚酶基因73

5.2.3 移动蛋白基因73

5.2.4 卫星RNA和核酶基因74

5.3　抗植物真菌病害基因74

5.3.1 抗真菌蛋白75

5.3.2　抗真菌基因76

5.4　抗植物细菌病害基因77

5.4.1 外源抗菌蛋白基因表达介导的抗性77

5.4.2 抑制病菌的致病（毒性）因子78

5.5　抗非生物胁迫基因79

5.5.1 抗干旱胁迫基因79

5.5.2　抗盐胁迫基因80

5.5.3 抗低温胁迫基因81

5.5.4 抗氧化胁迫基因82

5.5.5 耐除草剂基因82

5.6　改良作物品质的基因83

5.7　调控植物花色、花形、衰老的基因84

5.7.1 调节花色的基因84

5.7.2 调节植物衰老的基因86

5.8　植物雄性不育基因87

5.9　标记基因89

5.9.1 标记基因分类及环境安全89

5.9.2 转基因作物中标记基因的消除90

5.9.3　选择基因分类91

5.9.4 常用的选择基因92

5.10　报告基因95

5.10.1　报告基因概述95

5.10.2 萤火虫荧光素酶基因97

5.10.3 绿色荧光蛋白基因97

5.10.4 β-葡萄糖醛酸糖苷酸酶基因99

5.1 1 标记基因在植物病害及其流行规律研究中的应用101

参考文献102

第6章　基因分离105

6.1 概述106

6.2　蛋白质序列起始克隆法106

6.3　图位克隆法106

6.4　酵母双杂交系统110

6.5　基因序列同源克隆法112

6.6　T-DNA、转座子标签法112

6.7　分离差异表达基因片段的方法113

6.7.1 差减杂交113

6.7.2　抑制性差减杂交114

6.7.3　mRNA差异显示技术116

6.7.4　mRNA差异显示衍生技术118

6.7.5　代表性差异分析119

6.7.6　RNA指纹技术122

6.7.7　差异筛选技术122

6.7.8　基因鉴定集成法123

6.8　DNA微阵列法123

6.9　cDNA末端快速扩增法124

6.10　表达序列标签及生物信息学方法127

6.11 其他基因分离方法131

6.11.1　cDNA捕捉法131

6.11.2 扩增限制性片段长度多态性法131

6.11.3　微阵列法131

6.11.4 外显子捕获法132

6.11.5 功能互补法132

参考文献132

第7章　植物基因工程载体构建135

7.1　植物基因工程载体概述135

7.1.1 载体种类及命名规则135

7.1.2 载体分类136

7.2　Ti质粒载体及其构建137

7.2.1　Ti质粒的发现与分类137

7.2.2　Ti质粒的结构与功能140

7.2.3 T-DNA的结构与功能142

7.2.4　Vir区的结构与功能144

7.2.5　Ti质粒整合机制145

7.2.6 载体改造及构建152

7.2.7 转化载体系统的构建158

7.2.8 常用的中间表达载体166

7.2.9 Ti质粒在植物基因工程中的应用及评价170

7.3 Ri质粒载体及其构建171

7.3.1 质粒的分类171

7.3.2 Ri质粒的结构和功能172

7.3.3 Ri质粒构建及转化175

7.3.4 Ri质粒在植物基因工程中的应用及评价177

7.4 植物病毒载体及构建179

7.4.1 植物病毒载体概述179

7.4.2 单链RNA植物病毒载体系统180

7.4.3 单链DNA植物病毒载体系统180

7.4.4 双链DNA植物病毒载体系统181

7.4.5 植物病毒表达载体的构建182

7.4.6 病毒载体在植物基因工程中的应用及评价184

参考文献185

第8章 植物转化体系的建立187

8.1 植物基因转化的受体系统187

8.1.1 愈伤组织受体系统187

8.1.2　种质受体系统189

8.1.3 原生质体受体系统189

8.1.4　胚状体受体系统192

8.1.5 直接分化芽受体系统193

8.2　转化的选择系统的建立193

8.2.1 概述193

8.2.2 第一类筛选系统194

8.2.3 第二类筛选系统197

8.2.4 无标记基因的植物转化系统198

参考文献201

第9章　植物遗传转化的方法203

9.1 农杆菌介导的植物基因遗传转化204

9.1.1 Ti质粒介导的遗传转化方法205

9.1.2 发根Ri质粒介导的基因转化206

9.1.3 农杆菌介导的植物基因转化系统的应用及进展208

9.2　基因枪法210

9.2.1 基因枪法转化原理210

9.2.2 基因枪法的优点211

9.3　花粉管通道介导的基因转化技术211

9.3.1 花粉管通道原理212

9.3.2 花粉管通道的应用212

9.4　其他转化方法213

9.4.1 聚乙二醇介导的基因转化213

9.4.2 电穿孔法213

9.4.3 注射法214

9.4.4　脂质体介导法215

9.4.5 碳化硅纤维介导DNA转移法216

参考文献216

第10章　外源基因整合、表达及其检测217

10.1 外源基因整合217

10.1.1 外源基因整合方式及其结构变化217

10.1.2 外源基因在转基因植株中的整合机制218

10.1.3 整合方式对外源基因表达的影响220

10.2　外源基因的沉默221

10.2.1 转基因植物中外源基因的沉默221

10.2.2 转基因沉默的控制226

10.3　提高外源基因表达效率的策略228

10.3.1 启动子的选用和改造228

10.3.2 增强翻译效率229

10.3.3 信号肽的使用230

10.3.4 构建叶绿体表达载体230

10.3.5 利用内含子增强外源基因的表达231

10.4　外源基因的遗传稳定性231

10.5　转基因植物的鉴定方法232

10.5.1 标记基因的表达检测232

10.5.2 转基因植物目的基因的分子鉴定235

10.5.3 其他的转基因植物鉴定方法237

参考文献238

第11章　基因工程植物与食品243

11.1　基因工程食品的定义243

11.2 国内外基因工程食品的发展概况和现状244

11.2.1 国外基因工程食品的发展概况和现状244

11.2.2 国内基因工程食品的发展概况和现状245

11.3　基因工程食品的应用246

11.3.1 转基因食品分类246

11.3.2 转基因植物246

11.4　发展转基因食品生产的必要性263

参考文献264

第12章　基因工程园艺267

12.1 基因工程在花卉改良中的应用267

12.1.1 花卉基因工程研究现状268

12.1.2 花卉植物基因工程的应用前景272

12.2　基因工程在牧草和草坪草改良中的应用273

12.2.1 基因工程牧草274

12.2.2　草坪草279

12.3　基因工程林木281

12.3.1 林木转基因研究281

12.3.2 林木转基因基础性研究285

12.3.3 转基因林木应用情况286

12.3.4 林木基因工程研究中存在的问题及展望287

参考文献288

第13章　植物基因工程药物297

13.1 转基因植物药物生物反应器的优点297

13.2　转基因植物表达药用蛋白298

13.2.1 植物基因工程生产药用蛋白的现状299

13.2.2 植物基因工程生产药用蛋白的策略299

13.3　转基因植物抗体300

13.3.1 转基因植物生产抗体的研究现状301

13.3.2 转基因植物生产抗体的策略302

13.3.3 转基因植物抗体的应用前景与存在的问题304

13.4　转基因植物表达疫苗306

13.4.1 转基因植物生产疫苗的研究现状306

13.4.2 转基因植物生产疫苗的策略310

13.4.3 转基因植物疫苗的应用前景与存在的问题311

参考文献312

第14章　生物信息学与基因工程317

14.1 生物信息学简介317

14.1.1 获取生物的完整基因组317

14.1.2 发现新基因和新的单核苷酸多态性318

14.1.3 基因组中非编码蛋白质区域的结构与功能研究319

14.1.4 在基因组水平研究生物进化320

14.1.5 从功能基因组到系统生物学320

14.2　生物信息学数据库321

14.2.1 核酸序列数据库322

14.2.2 蛋白质序列数据库327

14.2.3 生物大分子结构数据库330

14.2.4 其他生物信息学数据库331

14.2.5 数据库整合335

14.3　生物信息学软件338

14.3.1 概述338

14.3.2 生物信息学软件在分子生物学实验中的应用339

14.4 生物信息学门户网站344

14.4.1 美国国立生物技术信息中心344

14.4.2 欧洲生物信息研究所346

14.4.3 北京大学生物信息中心346

14.5　生物信息学在基因芯片技术中的作用348

14.5.1 概述348

14.5.2 生物信息学在基因芯片技术中的作用349

参考文献352

第15章　基因工程法规与转基因植物安全性评价353

15.1 转基因植物的安全性问题354

15.1.1 基本概念354

15.1.2 生物安全忧患354

15.1.3 与转基因安全相关的几个事件355

15.2　国际社会对基因工程的态度与规则356

15.2.1 科学界对转基因作物的态度356

15.2.2 相关的生物安全国际准则358

15.3　我国基因工程安全管理措施363

15.3.1 我国科学界对GMO争议的反应363

15.3.2 我国对基因工程安全的立法和监管364

15.4 申请转基因植物田间试验或环境释放需要提供的资料366

15.4.1 受体生物的生物学特性366

15.4.2 基因操作的安全性366

15.4.3 转基因植物的生物学特性367

15.4.4 有关转基因植物释放地点的环境、生态等方面的资料367

15.4.5 安全控制措施和预防事故的应急措施367

15.5　转基因植物的食品安全性367

15.5.1 “实质等同性”原则与转基因食品安全367

15.5.2 转基因植物食品中外源基因的安全性369

15.5.3 转基因食品的检测技术371

15.5.4 转基因食品的安全性评价373

15.6　转基因植物的环境安全性374

15.6.1 基因漂移与植物传粉374

15.6.2 转基因植物在生态方面的潜在风险375

15.6.3 终止子技术与生物安全376

15.6.4 转基因环境安全性的管理377

15.7　转基因植物安全性评价378

15.7.1 转基因植物安全性评价的必要性378

15.7.2 转基因植物安全性评价的迫切性379

15.7.3 转基因植物安全性评价的监控原则379

15.7.4 转基因植物安全性评价的监控体系380

15.8　转基因植物安全性评价积累的经验和数据380

15.8.1　食品安全性381

15.8.2　评价因素381

15.8.3 生存竞争性383

15.8.4 生殖隔离距离384

15.8.5 对非靶生物的影响384

15.8.6 转基因植物安全性评价现状386

参考文献388