基因工程教学大纲

湖北师范学院理论课教案《基因工程》Geneenglneering院（系、所、部）生命科学学院教研室生物技术课程名称基因工程授课对象生物科学专业授课教师胡远亮职称职务助教2008年3月10日一、课程基本信息课程编号14101523适用专业生物科学课程学分2课程类别专业核心教研室生物技术课程学时36课程性质专业限选编写人胡远亮讲授学时36开课学期6编写时间2008.03周学时数2二、课程的性质、目的和任务基因工程是生物工程的核心技术，是获取、整理、破译、编辑和表达生物体遗传信息（基因）的一种操作平台与技术，它以细胞生物学、分子生物学和分子遗传学的基本理论体系为指导，在基因的分离克隆、基因表达调控机制的诠释、基因编码产物的产业化、生物遗传性状的改良乃至基因治疗等方面正日益显示出愈来愈高的实用价值，是21世纪最具生命力和最引人注目的前沿学科之一。系统学习这一课程，可为众多课程的学习打下良好的基础。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。三、课程教学基本要求本课程重点放在了解基因工程的基本原理与方法上。通过本课程的学习，使学生的专业课程体系更加切合实际，做到理论性与实用性统一，在奠定扎实的理论基础前提下，能够熟练地掌握各种方法的用途。主要采用多媒体并结合教学录像辅助教学。四、使用教材及参考书目【使用教材】刘祥林、聂刘旺著，《基因工程》，北京：科学出版社，2005【参考书目】1．张惠展主编，《基因工程概论》，上海：华东理工大学出版社，20052．吴乃虎主编，《基因工程原理》，每二版，北京：科学出版社，19983.楼士林等编著，基因工程，北京：科学出版社，2002五、课程结构和学时分配章节章节名称讲授学时课外学时备注绪论2第1章基因工程的基础知识与基本技术4第2章基因操作的工具酶4第3章基因克隆的载体5第4章DNA分子克隆6第5章目的基因的获取5第6章克隆基因的表达4第7章转基因生物技术2习题课与复习2机动2共计36《基因工程》课程教学进度表主讲教师李京京/胡远亮开课学期20081总学时讲授实验上机其它周学时辅导教师开课学院生命科学学院专业名称生物科学课程类型限选课班级名称36362以上项目可根据实际作适当修改周次日期周学时数主要教学内容其它教学活动备注讲授上机其它12.25-3.2√0.绪论(2)23.3-3.9√1.基因工程的基础知识与基本技术(6)1.1基因工程的基础知识33.10-3.16√1.2基因工程的支撑技术1.2.1DNA的提取与纯化；1.2.2电泳技术1.2.3聚合酶链反应(PCR)技术43.17-3.23√1.2.4核酸分子杂交1.2.5DNA序列分析；1.2.6基因定点突变技术53.24-3.30√2.基因操作的工具酶(4)2.1限制性核酸内切酶；2.2DNA连接酶63.31-4.6清明74.7-4.13√2.3DNA聚合酶；2.4核酸修饰酶84.14-4.20√3.基因克隆的载体(5)3.1质粒载体94.21-4.27√3.2噬菌体载体；3.3柯斯质料载体3.4单链DNA噬菌体克隆载体104.28-5.4√3.5噬菌粒载体；3.6人工染色体克隆载体4.DNA分子克隆(7)4.1基因克隆方案115.5-5.11√4.2重组体的构建125.12-5.18√4.3重组体导入宿主细胞4.4重组体克隆的筛选与鉴定135.19-5.25√4.4重组体克隆的筛选与鉴定145.26-6.1√5.目的基因的获取(4)5.1基因组DNA片断化5.2化学合成目的基因156.2-6.8√5.3目的基因的保存和扩增5.4目的基因的分离和扩增166.9-6.15√6.克隆基因的表达(4)6.1外源基因在原核细胞中的表达176.16-6.22√6.2外源基因在真核细胞中的表达186.23-6.29√7.转基因生物技术(2)196.30-7.6√习题、复习讲解(2)207.7-7.13考试授课章节绪论学时2教学目标与要求掌握基因工程的基本概念；了解基因工程的主要研究内容，基因工程的发展历程以及它在生物安全性方面面临的挑战。教学重点与难点基因工程的研究内容。教学方法讲授；多媒体教学。主要教学内容1基因工程的基本概念2基因工程的诞生3基因工程的研究内容4基因工程的应用5基因工程的安全性需掌握的专业词汇基因工程，克隆（clone）。研究进展和参考资料何忠效等．2002．生物技术概论．北京：北京师范大学出版社魏群等译．2002．GeneCloningandDNAAnalysis．北京：高等教育出版社课后复习题简述获取基因工程产物的主要过程；试述生命科学理论与技术的研究成果对基因工程产生的意义。授课章节第1章基因工程的基础知识与基本技术学时4教学目标与要求学习掌握基因工程的基础知识，包括基因的结构、从基因到蛋白质、原核生物和真核生物基因特点的比较等；其次，了解DNA的分离与纯化、PCR技术、电泳技术、核酸分子杂交、DNA序列分析和突变技术。教学重点与难点乳糖操纵子模型；PCR技术、核酸分子杂交、DNA序列分析教学方法讲授；多媒体教学主要教学内容1.1基因工程的基础知识基因的结构特点：原核生物基因结构特点真核生物基因结构特点基因表达：原核生物基因表达和真核生物基因表达操纵子学说：乳糖操纵子基因表达调控模型基因研究进展1.2基因工程的支撑技术1.2.1DNA的提取与纯化1.2.2电泳技术1.2.3聚合酶链反应(PCR)技术1.2.4核酸的分子杂交1.2.5DNA序列分析1.2.6基因定点突变技术需掌握的专业词汇操纵子，SD序列，多顺反子，基因表达，结构基因和调节基因，分子杂交，基因突变，Southernblotting，Northernblotting。研究进展和参考资料课后复习题对照真核细胞，总结原核基因表达的特点。总结本章介绍的各项技术的基本原理、适用范围和使用要点。请设计实验方案，使凝胶电泳、PCR、分子杂交三项技术均得到应用。授课章节第2章基因操作的工具酶学时4教学目标与要求重点掌握限制性内切酶的性质及功能，了解连接酶等其他酶类在基因工程中的具体用途。教学重点与难点限制性内切酶，DNA聚合酶的分类及功能。教学方法讲授；多媒体教学主要教学内容2.1限制性核酸内切酶2.1.1限制性核酸内切酶的发现及其生物功能2.1.2限制酶的分类与命名2.1.3Ⅱ型限制酶的特性与DNA切割2.1.4影响限制性核酸内切酶活性的因素2.2DNA连接酶DNA连接酶的连接作用以及影响连接反应的因素2.3DNA聚合酶2.3.1E.coliDNA聚合酶Ⅰ2.3.2E.coliDNA聚合酶I大片段2.3.3T4-DNA聚合酶2.3.4T7-DNA聚合酶2.3.5反转录酶2.4修饰酶类2.4.1核酸酶2.4.2碱性磷酸单酯酶2.4.3T4多核苷酸激酶2.4.4末端转移酶需掌握的专业词汇限制与修饰，星号活性，偏爱现象，Klenow片段，Reversetranscriptase。研究进展和参考资料课后复习题Ⅱ型限制酶切割DNA分子的特性。分析不同的聚合酶在分子克隆技术中的作用。授课章节第3章基因克隆的载体学时5教学目标与要求掌握各类载体的特性、构建方法及应用。教学重点与难点以质粒载体、噬菌体载体、柯斯质粒载体的构建方法和应用。教学方法讲授；多媒体教学主要教学内容3.1质粒载体3.1.1质粒的一般生物学特性3.1.2质粒载体构建的基本原理和方法3.1.3经典的大肠杆菌质粒载体PSC101、ColE1质粒载体、pBR322质粒载体、pUC系列和pGEM-3Z3.2噬菌体载体3.2.1噬菌体的一般特性3.2.2λ噬菌体载体的构建3.3柯斯质粒载体特点与构建3.4单链噬菌体载体3.4.1单链DNA噬菌体的特点3.4.2M13噬菌体3.4.3M13载体的构建3.4.4M13系列载体的优点3.4.5M13载体的缺点3.5噬菌粒载体3.5.1常见的噬菌粒载体及特点3.5.2常见的噬菌粒载体3.6人工染色体克隆载体3.6.1酵母人工染色体3.6.2细菌人工染色体（BAC）3.6.3人工染色体克隆载体的应用需掌握的专业词汇Vector，Plasmid，Dominatnplasmid，Concealedplasmid，Plasmidincompatiblity，TA克隆载体，Cosmid，YACandBAC。研究进展和参考资料课后复习题理想质粒载体的条件有哪些？欲构建1个含KanrAamr、松弛型复制子的质粒载体，请写出构建的基本流程。比较质粒、噬菌体、柯斯质粒载体的特点。授课章节第4章DNA分子克隆学时6教学目标与要求系统掌握DNA分子克隆的具体过程，能学会自己制定克隆方案。教学重点与难点体外重组技术，筛选与鉴定技术。教学方法讲授；多媒体教学主要教学内容4.1基因克隆方案4.2重组体的构建4.2.1粘性末端的连接4.2.2平末端（bluntend）的连接4.2.3PCR产物的连接4.2.4DNA体外连接应注意的事项4.2.5载体和外源DNA插入片段的可能连接结果4.3重组体导入受体细胞4.3.1重组子导入原核细胞4.3.2重组子导入真核细胞——酵母菌、植物细胞、动物细胞4.4重组体的筛选和鉴定4.4.1依赖于表型特征筛选法4.4.2依赖于重组子结构特征分析筛选法2.酶切电泳筛选法3.PCR扩增检测法4.4.3核酸分子杂交检测法4.4.4免疫化学检测法2.免疫沉淀检测法3.非放射性抗体检测法3.ELISA的局限性4.4.4免疫印迹（westernblotting）法4.4.5转译筛选法需掌握的专业词汇重组子（转化子），亚克隆，基因枪法，电激法，探针，菌落原位杂交。研究进展和参考资料课后复习题由水稻中得到一个含目的基因的DNA片段，若将目的基因与载体进行体外重组，如何降低非重组的高背景。授课章节第5章目的基因的获取学时5教学目标与要求掌握目的基因获取的手段、方法和策略。教学重点与难点着重介绍几种常用的获得目的基因的方法：化学合成法、PCR扩增法、基因文库筛选法、mRNA差别显示法。教学方法讲授；多媒体教学主要教学内容5.1基因组DNA片断化5.1.1限制性内切酶法5.1.2随机片断化1.限制性内切酶局部消化法2.机械切割法5.2化学合成法获得目的基因5.2.1磷酸二酯法2）合成过程5.2.2磷酸三酯法5.2.3亚磷酸三酯法合成寡聚核苷酸5.2.4DNA片断的组装5.3PCR扩增获得目的基因5.4筛选基因文库获取目的基因5.4.1基因文库的构建5.4.2cDNA文库的构建4.构建cDNA文库的一般步骤5.cDNA文库的大小6.cDNA文库的局限性5.4.3文库中筛选目的基因5.5mRNA差异显示PCR（DDRT-PCR）需掌握的专业词汇亚磷酸三酯法，RT-PCR，反向PCR，genomiclibrary，DDRT-PCR。研究进展和参考资料课后复习题已知拟南芥基因组中有一RFLP分子标记与目的基因较近，大约相距360kb，请设计实验克隆该基因。授课章节第6章克隆基因的表达学时4教学目标与要求了解原核细胞和真核细胞表达系统的特点，并掌握外源基因表达方法。教学重点与难点克隆基因在宿主细胞中表达的基本过程和调控克隆基因表达的序列元件及其作用，E.coli基因表达系统的构成和特点、影响基因表达的效率的主要因素以及克隆基因高效表达的策略和表达产物的利用。教学方法讲授；多媒体教学主要教学内容6.1外源基因在原核细胞中的表达6.1.1原核生物基因表达的特点6.1.2原核生物基因表达的调控6.1.3外源蛋白在大肠杆菌中的表达部位6.1.4几种类型的原核表达载体6.1.5影响外源基因表达效率的因素6.1.6提高表达水平常用的方法6.1.7外源蛋白质表达后的正确修饰6.2外源基因在真核细胞中的表达6.2.1在酵母中表达6.2.2昆虫培养细胞表达系统6.2.3外源基因在植物中表达6.2.4在哺乳动物细胞中表达需掌握的专业词汇终止子，增强子，基因沉默。研究进展和参考资料课后复习题E.coli基因表达系统有什么特点？