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編輯推薦

適讀人群 ：適於用作農學與作物學相關專業的本科生、研究生的教材，也適於從事其它相關專業研究的研究生、專業人員參考。
《作物基因工程：原理與技術》適於農學相關專業的研究生課程教學的需要，也適於其他生命科學相關專業的研究生、專業人員參考，同時滿足相關專業研究生和科研人員學習與科學研究工作中自學及參考的要求。

內容簡介

《作物基因工程：原理與技術》是為適應作物遺傳育種、種子工程等農學相關專業研究生教學的需要而編寫的。為瞭更好地符閤研究生課程的特點及滿足其即將開始的學位論文工作的需要，《作物基因工程：原理與技術》側重作物，依照基因工程的流程詳細講解作物基因工程各個環節的基本原理與技術。主要包括：概論；基因工程主要工具的原理與技術；目的基因的剋隆策略及各個策略中目前常用技術的原理與要點；作物基因工程錶達載體構建的原理與技術，以及作物基因工程中常用的錶達載體係統的特點及錶達載體的構建；作物遺傳轉化受體係統的建立和常用的作物遺傳轉化方法及其特點；作物轉基因植株鑒定的主要方法、特點及閤理利用，轉基因的遺傳特性及轉基因作物種質材料利用的主要途徑與方法；作物基因工程的安全性及其評價；以及作物基因工程中常用的實驗技術等內容。

作者簡介

鬍銀崗教授，多年從事小麥溫敏雄性不育的分子基礎及雜種優勢利用和作物抗旱節水性的遺傳改良研究。先後主持完成教育部重點科研項目“YS型小麥溫敏雄性不育的遺傳基礎研究”、春暉計劃啓動項目“YS型小麥溫敏雄性不育育性轉換的分子基礎”、國際閤作重點項目“小麥抗旱性改良的生理生化分子基礎”、聘請外籍教師重點項目“抗旱節水小麥種質篩選技術研究與利用”，科技部973計劃前期專項“小麥抗病和抗旱的功能基因學與分子基礎研究”等。目前主持澳大利亞政府ACIAR項目“提高中國和澳大利亞旱地小麥水分利用效率”，參加科技部863計劃重點項目子課題“農業高效用水精量控製技術與産品”、歐盟第七框架項目“育種優化中國農業”等。

內頁插圖

目錄

目錄
序
前言
第一章基因工程概論1
第一節基因及其研究曆程1
一、 基因學說的創立1
二、 基因與DNA分子2
三、 基因中遺傳信息的傳遞與錶達3
四、 基因與蛋白質多肽鏈3
五、 基因堿基序列與蛋白質氨基酸序列4
六、 基因的結構與功能4
七、 基因的錶達與調控6
八、 基因的分離與剋隆7
九、 基因的構建與錶達8
第二節基因工程的發展9
一、 理論上的三大發現9
二、 技術的三大發明10
三、 植物基因工程的發展簡史11
第三節基因工程的概念與主要內容12
一、 基因工程的概念和特點12
二、 作物基因工程的主要研究內容13
第四節作物基因工程的應用16
一、 作物基因工程的應用現狀16
二、 轉基因作物商業化中存在的問題18
思考題18
參考文獻18
第二章基因工程的工具20
第一節植物核酸及蛋白質的分離與製備20
一、 植物核酸的製備20
二、 植物蛋白質的分離與純化25
第二節凝膠電泳的基本原理28
一、 凝膠電泳的基本原理29
二、 瓊脂糖和聚丙烯酰胺凝膠電泳29
三、 RNA的變性凝膠電泳30
四、 脈衝電場凝膠電泳31
五、 核酸凝膠電泳的常見問題32
六、 蛋白質的凝膠電泳33
第三節基因工程的工具酶33
一、 限製性內切核酸酶（限製酶）34
二、 甲基化酶37
三、 DNA連接酶37
四、 DNA聚閤酶39
第四節分子雜交技術43
一、 DNA印跡法43
二、 RNA印跡法45
三、 斑點印跡法和狹綫印跡法45
四、 菌落印跡或噬菌斑印跡46
五、 基因芯片雜交47
第五節PCR基因擴增技術47
一、 PCR的原理47
二、 PCR反應體係48
三、 PCR條件的選擇49
四、 PCR條件的優化50
五、 常用PCR技術及其應用50
第六節基因工程的載體51
一、 質粒載體52
二、 λ噬菌體和M13噬菌體載體54
三、 cosmid（柯斯質粒）和phagemid載體係列56
四、 酵母載體58
五、 農杆菌Ti質粒載體60
六、 植物病毒載體62
第七節文庫構建的基本原理及應用63
一、 基因組文庫與cDNA文庫64
二、 剋隆文庫及錶達文庫65
三、 減法文庫65
四、 亞剋隆文庫65
第八節核酸與蛋白質測序的原理與技術65
一、 DNA測序技術65
二、 蛋白質測序技術69
第九節生物信息學技術72
一、 生物信息學數據庫72
二、 數據庫查詢73
三、 數據庫搜索74
四、 基因序列分析75
五、 電子剋隆技術76
思考題77
參考文獻78
第三章目的基因的剋隆與功能分析79
第一節基因組策略79
一、 基因組文庫篩選目的基因79
二、 圖位剋隆目的基因83
三、 突變體分析剋隆目的基因89
四、 已知DNA片段側翼基因組序列的分離96
第二節轉錄組策略100
一、 mRNA差異顯示分析篩選目的基因101
二、 cDNA文庫篩選目的基因103
三、 基因錶達係列分析（SAGE）篩選目的基因106
四、 基因芯片分析篩選目的基因108
五、 cDNA末端的快速剋隆（RACE技術）110
第三節功能蛋白質組策略分離基因112
一、 功能蛋白質組策略概述112
二、 蛋白質雙嚮電泳技術113
三、 功能蛋白的鑒定及氨基酸序列分析115
四、 功能蛋白基因的分離119
第四節目的基因分離的策略123
一、 目的基因分離的策略123
二、 基因分離剋隆策略的選擇123
第五節基因功能的初步分析與鑒定124
一、 通過mRNA檢測分析基因的錶達譜 124
二、 通過檢測蛋白質分析基因的錶達特徵125
三、 通過功能獲得和（或）功能缺失分析基因功能125
思考題126
參考文獻126
第四章基因錶達載體的構建128
第一節基因的錶達與調控128
一、 基因錶達調控是生命活動的必需128
二、 原核生物的基因錶達與調控129
三、 真核生物的基因錶達調控133
第二節目的基因的錶達與功能分析137
一、 目的基因功能與錶達分析的策略137
二、 基因錶達載體構建的基本原理138
第三節農杆菌Ti質粒轉化載體的構建146
一、 根癌農杆菌研究的曆史146
二、 Ti質粒的結構147
三、 T�睤NA的結構與功能152
四、 基於Ti質粒的轉化載體的係統演化157
五、 Ti質粒載體的構建策略161
六、 常用Ti質粒雙元載體的構建163
第四節植物基因錶達載體構建實例171
一、 植物基因錶達載體構建和優化策略171
二、 基因錶達載體構建的實例176
三、 選擇標記基因和報告基因的特點與選擇181
第五節植物病毒載體的構建185
一、 基於基因組操作的植物病毒錶達載體185
二、 基於基因轉錄機製的病毒錶達載體186
三、 VIGS載體的構建及應用187
四、 植物病毒載體的應用190
第六節基因沉默技術原理190
一、 RNA乾擾技術原理和應用191
二、 基因定點敲除技術192
思考題197
參考文獻197
第五章作物的遺傳轉化與轉化體篩選199
第一節作物基因轉化受體係統199
一、 作物基因轉化受體係統的條件199
二、 作物基因轉化受體係統的類型及其特性201
三、 作物基因轉化受體係統建立的程序203
四、 作物基因轉化受體係統建立中的常見問題205
第二節農杆菌介導的遺傳轉化207
一、 農杆菌的生物學特性208
二、 常用根癌農杆菌及其特性208
三、 根癌農杆菌介導的轉化程序209
四、 影響根癌農杆菌T�睤NA轉移的因素209
五、 根癌農杆菌介導的遺傳轉化技術213
六、 根癌農杆菌轉化係統評價219
第三節基因槍介導的遺傳轉化 219
一、 基因槍法的原理及其優缺點219
二、 基因槍轉化小麥未成熟胚的技術流程220
三、 注意事項222
第四節花粉管通道介導的遺傳轉化222
一、 花粉管通道法的技術原理223
二、 花粉管通道法的操作程序223
三、 花粉管通道法的應用224
第五節其他常用遺傳轉化方法225
一、 顯微注射法225
二、 聚乙二醇（PEG）介導法227
三、 電穿孔法229
四、 病毒介導的遺傳轉化230
參考文獻232
第六章轉基因植株的鑒定及利用234
第一節轉基因植株鑒定的策略234
一、 轉基因植株鑒定的證據234
二、 外源基因的檢測與鑒定策略234
三、 轉基因植株鑒定的步驟235
第二節選擇標記基因與報告基因的檢測235
一、 抗抗生素類236
二、 抗除草劑類237
三、 報告基因類238
第三節目的基因的檢測與分析240
一、 分子雜交240
二、 轉基因植物的PCR�睸outhern blotting檢測242
三、 外源基因錶達水平的RT�睵CR檢測243
四、 外源基因拷貝數的檢測244
五、 外源基因檢測的衍生方法246
第四節目的基因的整閤及效應247
一、 轉基因植物中外源DNA的整閤特性247
二、 轉基因植物中外源DNA整閤的遺傳效應251
三、 提高外源基因錶達效率的策略252
第五節目的基因的遺傳特性254
一、 轉基因的遺傳傳遞規律254
二、 轉基因的遺傳穩定性259
三、 外界環境對轉基因遺傳特性的影響261
第六節作物轉基因材料在育種中的應用261
一、 迴交育種261
二、 轉基因材料迴交育種的特點266
三、 轉基因快速、定嚮育種技術（以小麥為例）267
思考題269
參考文獻270
第七章作物基因工程的安全性評價272
第一節基因工程安全性的爭論272
一、 問題的由來272
二、 初步對策——安全準則273
第二節轉基因作物的安全評價274
一、 為什麼要對轉基因作物進行安全性評價？274
二、 轉基因作物安全性評價的主要內容275
三、 國內外轉基因作物的安全性評價概況280
第三節轉基因作物——惡魔還是救星281
思考題282
參考文獻282
附錄作物基因工程主要實驗技術284
一、 植物基因組DNA提取284
二、 植物基因組DNA的純度檢測285
三、 基因的PCR擴增287
四、 質粒DNA的綫性化與連接重組288
五、 重組DNA的遺傳轉化290
六、 質粒DNA的電泳檢測291
七、 植物總RNA的提取292
八、 RNA的變性瓊脂糖凝膠電泳294
九、 植物組織全蛋白的提取295
十、 植物可溶性蛋白含量的考馬斯亮藍染色法測定296
十一、 植物可溶性蛋白含量的紫外吸收法測定298
十二、 禾榖類作物種子醇溶蛋白的毛細管電泳300
十三、 禾榖類種子醇溶蛋白A�睵AGE鑒定301
十四、 蛋白質的SDS�簿郾�烯酰胺凝膠電泳分析303
十五、 植物組織蛋白質的雙嚮電泳304
十六、 小麥的SSR分子標記分析308
十七、 小麥BSMV�睼IGS解析基因功能310
十八、 作物基因工程綜閤大實驗312
參考文獻319

精彩書摘

第一章基因工程概論
基因工程（genetic engineering）也稱基因操作（gene manipulation）、DNA重組技術（DNA recombination technology），是在分子生物學和分子遺傳學等學科交叉發展的基礎上，於20世紀70年代誕生的一門新的生物技術科學。它的創立與發展直接依賴於基因及其分子生物學研究的進步，兩者之間有著密不可分的內在聯係。可以說，基因研究為基因工程的創立奠定瞭堅實的理論基礎，基因工程的誕生則是基因及其研究發展的必然結果，而基因工程的發展與應用，又深刻並有力地影響著基因的研究，進一步提高我們對基因本質的認識。因此，在介紹基因工程之前，有必要簡單地迴顧一下基因及其研究的發展過程。
第一節基因及其研究曆程
從20世紀開始，基因研究一直是影響整個遺傳學和分子生物學發展的主導因素。根據不同曆史時期的水平和特點，基因研究大體上可分為三個發展階段：在20世紀50年代以前，主要在細胞的染色體水平上，為基因的染色體遺傳學（或細胞遺傳學）階段；20世紀50年代之後，特彆是發現DNA雙螺鏇結構後，主要在DNA分子水平上，為基因的分子生物學階段；20世紀70年代以來，隨著DNA重組技術的完善和應用，基因的研究由傳統的錶現型分析到基因型分析，通過基因剋隆、構建、錶達等手段研究基因的結構、功能與調控及其與錶現型間的關係，基因研究進入瞭基因組學研究的新階段。
一、 基因學說的創立
遺傳因子（hereditary factor）最初是由孟德爾（G�� Mendel）提齣的。他根據長期的實驗觀察結果，推想生物的每一種性狀都是由遺傳因子控製的，這些遺傳因子從親代到子代，代代相傳；在體細胞中，遺傳因子是成對存在的，其中一個來自父本，一個來自母本；在形成配子時，成對的遺傳因子彼此分開，因此，遺傳因子在性細胞中則是單個存在的；在雜交子一代體細胞中，成對的遺傳因子各自獨立，彼此保持純一的狀態；在形成配子時，它們彼此分離，自由組閤，完整地傳給後代；由雜交形成的不同類型的配子數目相等；雌雄配子隨機結閤。從而奠定瞭遺傳學的獨立分配和自由組閤這兩大遺傳規律。
1909年，丹麥生物學傢約翰生（W�� Johannson）根據希臘文“給予生命”之義，創造瞭基因（gene）一詞，並用這個術語來代替孟德爾的“遺傳因子”。不過，他所說的基因並不代錶物質實體，而是一種與細胞的任何可見形態結構毫無關係的抽象單位。因此，那時所指的基因隻是遺傳性狀的符號，還未涉及基因的具體物質。
1910～1915年，美國遺傳學傢摩爾根（T�� H�� Morgan）通過果蠅試驗，首次將代錶某一性狀的基因同特定的染色體聯係起來，創立瞭遺傳的染色體理論（chromosomal theory of inheritance）。隨後遺傳學傢應用當時發展的基因作圖（gene mapping）技術，構建瞭基因的連鎖圖，進一步揭示瞭基因在其載體染色體上是按綫性順序排列的，從而使得科學界普遍接受瞭孟德爾的基因學說，也由此確定瞭遺傳學的連鎖遺傳規律。
二、 基因與DNA分子
盡管基因學說得到瞭普遍的認可，但是人們對基因的認識仍然缺乏準確而具體的物質內容。直到1944年，美國微生物學傢埃弗利（O�� T�� Avery）等通過細菌轉化研究，證明基因的載體是DNA而不是蛋白質，從而確立瞭遺傳的物質基礎，即DNA分子是遺傳信息的載體。1952年，美國冷泉港卡內基遺傳學實驗室的科學傢A�� D�� Hershey等利用雙同位素標記的噬菌體感染大腸杆菌宿主細胞的試驗驗證瞭Avery的結論。
1953年，美國遺傳學傢沃森（J�� Watson）和英國生物學傢剋裏剋（F�� Crick）揭示瞭脫氧核糖核酸（DNA）分子的雙螺鏇模型和半保留復製機製，解決瞭基因的自我復製和傳遞問題。至此，基因不再是一種隻能用遺傳實驗手段進行研究的神秘成分，而是一種真正的物質分子，對它能夠像對其他大分子一樣進行研究，從而開闢瞭基因的分子生物學研究新時代。
DNA分子是基因的載體，那麼是否每一段DNA都是基因呢？按照經典的基因概念，在染色體或DNA分子上，基因是呈串珠狀一個挨一個排列的，它們之間由非遺傳的物質連接起來。交換隻是在基因之間進行，而不是在基因內部發生。換言之，基因既是遺傳的功能單位，也是交換單位和突變單位。但是，許多研究錶明，基因並不是交換和突變的最小單位，基因內部也有不同的功能單位。1955年，S�� Benzer使用“順反子”（cistron）這個術語錶示基因，每一個順反子就是一段核苷酸序列，或者說是相當於一個基因的DNA或RNA單元，它編碼一條完整的多肽鏈。這種多肽鏈既可以是一種具有生物活性的蛋白質，也可以同其他多肽聚閤形成多功能的蛋白質。順反子是功能單位，由許多可以突變的位點組成，這些位點之間也可以發生交換。如同染色體上基因呈綫性排列，DNA分子上的基因也是綫性排列的。
在現代的遺傳學文獻中，順反子和基因這兩個術語是通用的。一般來說，一個順反子即一個基因，大約含有1500個核苷酸序列，是由一群突變單位和重組單位組成的綫性結構。基因不是最小單位，它仍然是可分的；並非所有的DNA序列都是基因，而隻有其中某一特定的多核苷酸區段纔是基因的編碼區即外顯子（exon），其餘部分稱之為內含子（intron）。
一般來說，從細菌到高等植物的全部生命有機體，它們的基因都是由DNA構成的，由於所有生物的DNA的基本結構都是一緻的，來自兩種生命形態的基因（DNA）可以融為一體。因此，基因的DNA共性是基因工程的第一個重要理論基礎。
但還必須指齣，隨後的研究工作錶明，在生物界並非所有的基因都是由DNA構成的，某些動物病毒、植物病毒及某些噬菌體等，它們的遺傳物質基礎是RNA而不是DNA。例如，A�� Gierer和G�� Schramm在研究煙草花葉病毒（TMV）時，發現瞭RNA分子能夠傳遞遺傳信息，同時還證明TMV病毒的RNA在感染的植株葉片中能夠誘導閤成新的病毒顆粒。
三、 基因中遺傳信息的傳遞與錶達
1958年，F�� Crick綜閤分析瞭關於遺傳信息流轉嚮的各種資料，提齣瞭描述DNA、RNA和蛋白質三者關係的中心法則（central dogma）。根據這個法則，如圖1��1所示，遺傳信息是從DNA流嚮RNA，再由RNA流嚮蛋白質的。在DNA的復製過程中，它的雙鏈解開，以單鏈形式作為閤成自己互補鏈（cDNA）的模闆；而在DNA到RNA的轉錄過程中，DNA是作為指導RNA閤成的模闆，按照堿基互補配對的原則閤成一條RNA鏈。實驗證明，細胞內DNA的兩條鏈中，隻有一條具有轉錄活性，另一條則隻能進行復製而無轉錄功能。在從RNA到蛋白質的翻譯過程中，RNA又作為閤成蛋白質氨基酸序列的模闆，指導多肽鏈的閤成。中心法則認為，遺傳信息一旦轉移到蛋白質分子，之後就不能再由蛋白質傳嚮蛋白質，也不能由蛋白質傳嚮DNA或RNA。隨著分子生物學研究的深入，發現很多RNA病毒，如流行性感冒病毒及大多數單鏈RNA噬菌體等，在感染瞭宿主細胞之後，都能夠進行RNA的復製。1970年，H�� M�� Temin和D�� Baltimore發現，一些RNA腫瘤病毒在宿主細胞中的復製過程是先以病毒的RNA分子為模闆，在反轉錄酶的作用下閤成DNA互補鏈，然後以該DNA鏈為模闆閤成新的病毒RNA，也就是說，遺傳信息可以從RNA反嚮傳遞到DNA。於是，1971年F�� Crick根據新的進展修改瞭中心法則，提齣瞭更為完整的圖解模式（圖1��2）。
圖1��1遺傳信息的流嚮
圖1��2修改後的中心法則


圖1��2中的實綫箭頭錶示三種存在於絕大多數生物細胞中的遺傳信息的傳遞方嚮。虛綫箭頭錶示特殊情況下的遺傳信息的傳遞方嚮，隻存在於極少數的生物中。而遺傳信息從DNA直接到蛋白質的傳遞隻是一種理論上的可能性，迄今尚未得到證實。基因中遺傳信息傳遞與錶達的共性是進行基因工程操作的又一個基石。
四、 基因與蛋白質多肽鏈
基因是細胞中所有的RNA及蛋白質分子的“藍圖”。有些基因編碼的最終産物是RNA分子，如rRNA基因、 研究生創新教育係列叢書·作物基因工程：原理與技術 下載 mobi epub pdf txt 電子書

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