一、基本概况
课程名称：基因工程（Genetic engineering）
课程代码：131010251
课程类别：专业核心课
学时/学分：44/2.5（其中理论44学时，实验0学时）
需预修课程：生物化学、分子生物学、遗传学
适用专业：（层次）适于本科生物技术专业学生使用
课程简介
基因工程是生命科学的重要学科，课程的主要内容包括基因工程的基本原理和方法：目的基因的获得，基因克隆的工具酶、载体，重组分子、重组子的鉴定与表达。课程的主要目的在于使学生掌握基因工程的意义、基因工程操作的基本理论，技术，应用和最新研究进展，为今后开展基因工程研究打下理论基础。
二、教学目标
学生通过本课程的学习，在知识和能力等方面达到以下要求：
1.理论、知识目标：
使学生在理解和掌握基因工程基础理论知识、基本实验研究的原理及操作技能的基础上，建立基因工程知识体系、基因工程研究的方法体系及分析和解决实际问题的能力体系。
2.能力目标：
培养学生能够运用辩证的观点正确认识基因工程及转基因技术，培养学生独立观察、思考和分析问题、解决问题和提出问题的能力。
3.达成目标：
使学生进入社会进行生物工程方面的研究或工作时达到够用、管用、会用。同时,训练学生的逻辑思维方法、协作、协调能力，建立学生学习和工作的方法体系。本课程支撑人才培养方案毕业要求的1~4项。
三、教学内容及教学要求
绪论 （讲课2学时；实验0学时）
教学内容：
1.基因与基因工程；
2.基因工程的操作和应用；
3.目的基因研究。
教学要求：
1.掌握基因工程的概念及其与生物工程的关系；
2.掌握基因工程的操作流程与基因工程研究的基本技术路线；
3.了解基因工程的研究内容。
本章重点、难点：
重点：基因的概念、基因工程与生物工程的关系、基因工程的操作流程、基因工程的应用、目的基因、获得目的基因的途径。
难点：基因工程的操作流程、获得目的基因的途径。
第一章 基因工程工具酶（讲课4学时；实验0学时）
教学内容：
1.限制性核酸内切酶：Ⅱ型限制性核酸内切酶的基本特性，影响核酸内切限制酶活性的因素；
2.DNA连接酶：DNA连接酶的发现、DNA连接酶的连接机理、粘性末端DNA片段的连接；
3.DNA聚合酶：DNA聚合酶的功能、E．coli DNA聚合酶在基因工程中的重要用途；
4.逆转录酶：逆转录酶的功能及特点。
教学要求：
1.掌握限制性核酸内切酶和DNA连接酶的特征、位点及发挥作用的条件；
2.熟悉DNA聚合酶的特征及属性；
3.了解逆转录酶的特点。
本章重点、难点：
重点：限制性核酸内切酶的类型及其特征，Ⅱ型限制性核酸内切酶的基本特性，Ⅱ型限制性核酸内切酶的切割方式，影响核酸内切限制酶活性的因素。DNA连接酶的连接机理，粘性末端DNA片段的连接，影响DNA连接酶连接反应的因素。掌握DNA聚合酶的功能以及E．coli DNA聚合酶在基因工程中的重要用途。逆转录酶的功能及特点。
难点：限制性核酸内切酶和DNA连接酶的特征、位点及发挥作用的条件、影响DNA连接酶连接反应的因素。
第二章 基因工程载体（讲课6学时；实验0学时）
教学内容：
1.质粒（plasmid）载体：质粒的类型、质粒的一般生物学特性、理想质粒载体的必备条件、质粒载体的构建、经典的大肠杆菌质粒载体、常用的质粒载体；
2.噬菌体载体：噬菌体的一般特性、噬菌体的生活周期、单链噬菌体载体、双链噬菌体载体—l载体；
3.表达载体：表达载体构建的一般原则、植物表达载体。
教学要求：
1.掌握载体的基本结构和质粒载体；
2.了解噬菌体载体的特点、构建原理；
3.了解酵母人工染色体和细菌人工染色体的结构和工作原理。
本章重点、难点：
重点：质粒的类型，理想质粒载体的必备条件，质粒载体的构建，经典的大肠杆菌质粒载体，常用的质粒载体；掌握M13噬菌体载体的主要用途；双链噬菌体载体—l载体构建的基本原理，构建l噬菌载体的基本步骤和内容；表达载体构建的一般原则，常用植物表达载体。
难点：理想质粒载体的必备条件，质粒载体的构建，构建l噬菌载体的基本步骤和内容。
第三章 分子基本操作技术（讲课4学时；实验0学时）
教学内容：
1.DNA的提取与纯化；
2.RNA的提取与纯化；
3.核酸的检测及保存。
教学要求：
掌握各类DNA提取的原理与技术。
本章重点、难点：
重点：碱抽提法提取DNA，提取DNA的其他方法，DNA的定量和纯度测定。掌握RNA的提取与纯化的原理与步骤。核酸的检测的三种主要方法及其原理、核酸的保存的关键因素。
难点：DNA的定量和纯度测定、RNA的提取与纯化的原理与步骤。
第四章 基因文库的构建与目的基因的获取（讲课6学时；实验0学时）
教学内容：
1.目的基因；
2.基因文库的构建；
3.cDNA的合成和克隆；
4.化学法合成目的基因。
教学要求：
1.了解目的基因（结构基因）的组成及排列方式；
2.了解目的基因获得的四种方法：直接分离法—— DNA文库、逆转录法—— cDNA文库、化学合成法、PCR法。
本章重点、难点：
重点：结构基因的组成；原核生物基因的组成；真核生物基因的组成；其他基因组基因的组成；基因的排列。细胞染色体大分子DNA的提取和大片段的制备；载体DNA的制备；载体与外源大片段连接；体外包装及基因组DNA文库的扩增；重组DNA的筛选和鉴定。mRNA的提取及其完整性的确定；cDNA的合成和克隆；目的cDNA的鉴定。磷酸二酯法；亚磷酸三酯法；寡核苷酸连接法。
难点：掌握基因区，转录启动区，转录终止区各自的功能与位置。掌握基因组文库构建的基本步骤。了解构建cDNA文库的基本步骤。
第五章 DNA的体外重组（讲课4学时；实验0学时）
教学内容：
1.限制性核酸内切酶；
2.克隆载体；
3.DNA的连接。
教学要求：
1.掌握基因工程的几类工具酶；
2.掌握基因克隆的几类常用载体。
本章重点、难点：
重点：寄主的限制和修饰现象；限制性核酸内切酶的类型；限制性核酸内切酶的命名；影响限制性核酸内切酶活性的因素；限制性核酸内切酶对DNA的消化作用；限制性核酸内切酶反应的终止。质粒载体；噬菌体载体；柯斯质粒载体。大肠杆菌和T4噬菌体的DNA连接酶；DNA片段在体内和体外的连接；平齐末端的连接；影响连接反应的因素；多克隆位点；插入失活；蓝白筛选。
难点：掌握限制性核酸内切酶的定义与作用。掌握蓝白筛选的原理。
第六章 重组体的转移与重组体的检测（讲课6学时；实验0学时）
教学内容：
1.重组体向寄主细胞的导入；
2.重组体克隆的筛选与鉴定。
教学要求：
1.学习重组基因的转移：转染，转化，转导,显微注射和电穿孔；
2.了解重组体的检测：遗传检测法，物理法，DNA杂交法，DNA-蛋白质法，转译法。
本章重点、难点：
重点：重组体DNA分子的转化或转染；体外包装的入噬菌体的转导。遗传检测法；物理检测法；核酸杂交筛选法；免疫化学检测法；DNA—蛋白质筛选法；转译筛选法。
难点：掌握制备感受态受体菌的基本操作步骤。掌握Southern blotting 和western blotting的基本操作步骤。
第七章 外源基因的表达（讲课6学时；实验0学时）
教学内容：
1.外源基因在原核细胞中的表达；
2.外源基因在真核细胞中的表达。
教学要求：
掌握在原核细胞中的表达和在真核细胞中表达的不同模式。
本章重点、难点：
重点：原核生物基因表达的特点；基因表达的调控序列；几种类型的原核表达载体；提高克隆基因表达效率的途径。真核细胞基因克隆载体（掌握穿梭载体，TI质粒和SV40病毒载体的工作原理）；哺乳动物基因转移的选择标记；外源基因导入真核细胞的方法。
难点：了解三类原核表达载体。了解选择标记的意义与种类，掌握动物显微注射转基因技术的主要操作步骤。
第八章植物的基因工程（讲课6学时；实验0学时）
教学内容：
1.植物转化系统的建立；
2.植物基因转移的途径；
3.植物基因的表达。
教学要求：
学习植物基因工程目的基因类型，掌握不同基因转化的方法与程序。
本章重点、难点：
重点：高频再生系统的建立；抗生素敏感试验；农杆菌的敏感性试验。二元载体系统；农杆菌介导法进行植物基因转化的主要程序；植物基因工程中常用的报告基因；植物基因转化其他方法。植物表达抗感染的病毒外壳蛋白；植物表达微生物毒素以阻止昆虫蚕食；抗除草剂植物；转基因花卉植物。
难点：掌握建立植物再生系统的基本操作步骤。掌握植物基因转化的三大类方法（农杆菌，基因枪和花粉管通道法）。掌握一个高效的转化载体应具备的条件。
四、考核方式及成绩评定
考试：闭卷考试（70%）+课堂表现（20%）+考勤（10%）
五、教材及参考书目
教材：《基因工程》第二版，陈宏主编，中国农业出版社，2011年，标准书号：978-7-10-915702-6。
参考书目：
1.《基因工程原理》上下册，吴乃虎主编，科学出版社(第二版)，2002年，标准书号：978-7-030-09708-8。
2.《基因工程》，李立家、肖庚富主编，科学出版社，2004年，标准书号：978-7-030-12925-3。
3.《植物基因工程》，王关林主编，科学出版社，2014年，标准书号：978-7-030-41090-0。
4.《分子克隆实验指南》第三版、第四版，J.萨姆布鲁克（Sambrook.J.）编著，科学出版社，标准书号：978-7-030-10338-3。
