《基因工程》课程教学大纲

《基因工程》课程教学大纲课程编号：0813053课程总学时/学分：45/2.5（其中理论27学时，实验18学时）课程类别：专业限选课一、教学目的和任务基因工程是在分子水平上采用工程设计的方法，按人类的需要产生不同的基因产物或定向的创造生物的新性状，使之稳定地遗传给子代。基因工程的发展带动了以其为核心的生物技术的发展，也促进了整个生命科学的发展。基因工程的基本任务是介绍基因工程的基本原理和设计思路，以使本科生在学习之后，能适应社会对高新技术的要求，为毕业生走向社会参加相关领域的生产和科研打下良好的基础。二、教学基本要求《基因工程》是以分子生物学、遗传学、生物化学、微生物学、细胞生物学等学科为基础而逐渐发展起来的一门新兴学科，主要为本科生讲解基因工程技术中的基本原理和设计思路，以及介绍基因工程技术在实际中的应用等。课程的教学目的是让学生了解作为20世纪生命科学最辉煌的成就——基因工程技术30年来的发展史，特别是近年来飞速发展的新技术和新应用的进展如何使整个人类社会生活方式发生了重大变革。该课程以讲授为主，多媒体教学为辅，分讲授内容和实验内容两部分。重点讲授基因工程的基本原理和设计思路，要求学生具备相应的先行学科知识，通过学习掌握基因工程的基本原理、应用策略及设计思路；通过实验教学使学生掌握基因工程的基本研究技术。三、教学内容及学时分配理论部分：第一章绪论（2学时）第一节基因工程的诞生一、基因工程的定义二、基因工程诞生的理论基础三、基因工程诞生的技术突破四、基因工程的诞生五、基因工程的特征六、基因工程的主要操作内容第二节基因工程的安全性一、基因工程的安全隐患二、重组DNA研究的安全准则第三节基因工程的应用一、基因工程在农业生产中的应用二、基因工程在工业中的应用三、基因工程在医药上的应用四、基因工程在环境保护中的应用第四节基因工程技术的商业化发展一、商业投资支持现代生物技术研究二、基因工程商业化特点教学要求：掌握基因工程的含义和基因工程诞生的理论基础与技术突破。了解基因工程的发展和在社会生产中的应用。教学重点：基因工程的含义和基因工程诞生的理论基础。教学难点：基因工程技术突破及其在社会生产中的应用。第二章基因工程的主要技术原理（4学时）第一节DNA的提取与纯化一、质粒DNA的提取二、基因组或其他DNA的提取三、DNA的定量和纯度测定四、DNA分子量的估计第二节DNA的凝胶电泳一、电泳的基本原理二、琼脂糖凝胶电泳三、聚丙烯酰胺凝胶电泳四、凝胶染色第三节核酸的分子杂交一、Southernblot二、Northernblot三、原位杂交第四节基因扩增技术——PCR一、PCR基本原理二、PCR基本过程第五节DNA序列分析一、双脱氧链终止法二、Maxam-Gilbert化学修饰法三、DNA自动化测序第六节酵母双杂交系统一、酵母双杂交系统的原理二、构建双杂交体系的宿主菌三、构建报告基因四、构建双杂交体系的穿梭质粒五、酵母双杂交的实验过程教学要求：掌握DNA提取、DNA电泳、分子杂交、PCR扩增和DNA序列测定的技术原理。了解酵母双杂交系统的原理。教学重点：DNA提取、DNA电泳、分子杂交和PCR扩增方法。教学难点：DNA序列测定的技术原理和酵母双杂交系统的原理。第三章基因工程的酶学基础（2学时）第一节限制性核酸内切酶一、限制性核酸内切酶的概念二、限制性内切酶的类型三、限制酶的命名四、影响限制性内切酶活性的因素五、限制性内切酶对DNA的消化第二节DNA连接酶一、DNA连接酶的发现二、DNA连接酶的特点三、连接反应的机理四、连接反应的温度五、影响连接反应的因素第三节DNA聚合酶一、基因工程中常用的DNA聚合酶二、常用的DNA聚合酶的特点三、DNA聚合酶在基因工程中的用途第四节DNA修饰酶一、末端脱氧核苷酸转移酶二、T4多核苷酸激酶三、碱性磷酸酶第五节核酸外切酶一、单链DNA外切酶二、双链DNA外切酶第六节单链核酸内切酶一、S1核酸酶二、Bal31核酸酶教学要求：掌握限制性核酸内切酶的切割原理和部分常用的限制性核酸内切酶的识别位点与切割末端。掌握常用的DNA聚合酶的特性和用途以及探针的标记原理。了解DNA连接酶和修饰酶在基因操作中的用途。教学重点：限制性核酸内切酶的切割原理和部分常用的限制性核酸内切酶的识别位点与切割末端。教学难点：DNA聚合酶的特性和用途以及探针的标记原理。第四章基因工程载体（4学时）第一节质粒（plasmid）载体一、质粒的生物学特征二、质粒的类型三、质粒的复制类型四、质粒载体的构建五、经典的大肠杆菌质粒载体第二节噬菌体载体一、噬菌体的一般特性二、噬菌体的生活周期三、单链噬菌体载体四、双链噬菌体载体—l载体第三节大分子DNA克隆载体一、酵母人工染色体（YAC）二、细菌人工染色体（BAC）第四节病毒载体一、反转录病毒载体二、DNA病毒载体第五节基因打靶载体（Targetingvector）一、基因打靶（Genetargeting）二、基因打靶载体的要求三、基因打靶载体组成四、基因打靶载体的整合方式教学要求：掌握载体的基本结构和质粒载体、噬菌体载体的特点、构建原理。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。教学重点：载体的基本结构和质粒载体的特点、构建原理。教学难点：噬菌体载体的特点、构建原理；酵母人工染色体和细菌人工染色体的结构和工作原理。第五章目的基因的制备（2学时）第一节基因组DNA片断化一、限制性内切酶法二、随机片断化第二节化学合成目的基因一、目前常用的化学合成方法二、化学合成DNA片断的组装三、寡聚核苷酸化学合成的优点第三节目的基因的保存和扩增一、基因文库的构建二、cDNA文库的构建三、PCR扩增获得目的基因教学要求：掌握化学合成DNA的原理和cDNA文库的构建原理。教学重点：化学合成DNA的原理和PCR扩增获得目的基因。教学难点：cDNA文库的构建原理。第六章目的基因导入受体细胞（4学时）第一节受体细胞的选择一、受体细胞二、原核受体细胞三、真核受体细胞第二节DNA片段的体外连接一、粘性末端的连接二、齐平末端的连接三、PCR产物的连接四、DNA体外连接应注意的事项第三节重组体导入细菌细胞一、感受态大肠杆菌的制备二、重组DNA导入大肠杆菌第四节重组体的选择和鉴定一、载体表型选择法二、DNA电泳检测法三、核酸杂交检测法四、免疫化学检测法五、常用的真核生物重组基因选择方法教学要求：掌握在体外条件下外源DNA连接的方式和原理以及感受态细菌的制备原理；掌握常用的抗菌素抗性筛选、酶切筛选、酶联免疫吸附测定（ELISA）、免疫印迹（westernblotting）法的原理；了解真核生物的报道基因筛选法。教学重点：在体外条件下外源DNA连接的方式和原理以及感受态细菌的制备原理；常用的抗菌素抗性筛选、酶切筛选。教学难点：酶联免疫吸附测定（ELISA）和免疫印迹（westernblotting）法的原理。第七章目的基因的表达（4学时）第一节外源基因在原核细胞中的表达一、原核生物基因表达的特点二、原核生物基因表达的调控三、外源蛋白在大肠杆菌中的表达部位四、几种类型的原核表达载体五、影响外源基因表达效率的因素六、外源蛋白质表达后的正确修饰第二节外源基因在真核细胞中的表达一、在酵母中表达二、外源基因在植物中表达三、在哺乳动物细胞中表达教学要求：掌握原核生物表达系统的结构和工作原理。了解外源基因在真核生物中的表达方法。教学重点：原核生物表达系统的结构和工作原理。教学难点：外源基因在真核细胞中的表达机理。第八章基因工程在医药领域的应用（2学时）第一节基因工程药物一、基因工程激素类药物二、基因工程细胞因子类药物三、基因工程抗体四、基因工程疫苗第二节基因诊断和治疗一、基因诊断二、基因治疗的概念与发展三、基因治疗的载体四、重要疾病的基因治疗教学要求：了解基因工程在疾病的研究、诊断与治疗等方面的应用与前景。教学重点：基因工程在疾病的研究、诊断与治疗等方面的应用。教学难点：基因工程在疾病的研究、诊断与治疗等方面的前景。实验部分：[实验一]质粒DNA的提取和酶切电泳鉴定[实验要求]通过实验使学生学会最常用的碱法小量制备质粒DNA的方法、质粒载体的酶切和琼脂糖凝胶电泳技术。[实验学时]3学时[实验二]PCR扩增制备目的基因及目的基因片段与载体连接[实验要求]通过实验使学生学会PCR操作的基本技术和DNA片断的体外连接技术。[实验学时]3学时[实验三]琼脂糖凝胶回收DNA片断[实验要求]通过实验使学生学会从琼脂糖凝胶中回收DNA片断的基本技术。[实验学时]3学时[实验四]感受态细胞的制备[实验要求]通过实验使学生掌握CaCl2法制备大肠杆菌感受态细胞的技术和原理。[实验学时]3学时[实验五]细菌转化[实验要求]通过实验使学生掌握质粒DNA转化感受态受体菌的方法。[实验六]转化克隆的筛选和鉴定[实验要求]通过实验使学生掌握蓝白斑筛选的原理与方法，理解酶切法或PCR法筛选重组质粒转化成功的克隆菌的原理与技术。[实验学时]3学时[实验七]外源基因在大肠杆菌中的表达[实验要求]通过实验使学生掌握外源基因在原核细胞中表达的特点和方法。主要内容是将连接有目的