基因工程课程简介

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1、基因工程课程教学大纲Genetic engineeringoutline for Lecture一、课程简要说明1、课程编号： 2、课程名称：基因工程3、课程英文名称： Genetic engineering4、修读类型：必修 5、课程层次：专业核心课6、学分/学时：3.5学分/ 63学时7、考核计算方式：平时成绩（10%），实验成绩（20%），期末考试（70%）8、开课学期：三年级第六学期9、适用专业：生物科学、生物技术10、先修课程： 微生物学、生物化学、分子生物学、植物组织培养11、主要教学方法和教学设备要求：多媒体教学，双语教学12、教材及主要参考书：教材选用： An introduc

2、tion to genetic engineering，Desmond S.T. Nicholl, 2002参考书：1） 基因工程，楼士林，科学出版社，科学出版社2002年第一版（21世纪高等院校教材，国家理科基地教材）2）吴乃虎基因工程原理上下册，科学出版社2002年第二版13、大纲制定时间：2006年9月1日二、课程的性质与任务1、课程简介 基因工程技术是现代生物技术的核心技术。以分子遗传学、生物化学、微生物学、细胞生物学等学科为基础，引入工程学的概念，通过周密的设计，进行精确的实验操作，高效率地达到目的。本课程主要为本科生讲述基因工程技术中的基本原理和设计思路以及一些常用的实验方法。另外

3、还介绍了基因工程技术在医药卫生和工农业生产中的应用，以及基因工程应用的安全性问题。2、课程性质 基因工程是生物工程的核心技术，是最具生命力和最引人注目的前沿学科之一。该技术的广泛应用必将对工业、农业、医疗卫生以及生命科学本身的研究和社会的发展产生深刻的影响。通过本课程的学习使学生掌握基因工程的基本原理和方法，内容涉及 DNA 重组技术、分子克隆技术、外源基因的稳定高效表达技术以及微生物、动植物基因工程的操作方法等等，以拓宽学生生命科学的知识面，为日后熟练驾驭该技术服务于科学研究及国民经济打下坚实的基础。基因工程是获取、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

4、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。 本课程从基因的表达调控机制入手，将DNA重组技术归纳为切、接、转、增、检五大基本操作单元，进而按照受体细胞的生物学分类，逐一展开各系统基因工程的原理和应用。重点讲述基因工程技术应用的策略和思路，并力求以图解的方式取代繁琐的描述，是本课程努力体现的两大特色。 本课程全程采用多媒体教学手段进行。3、教学目的 通过对基因工程原理的系统学习，使本科生对这门已经对社会经济发展产生了巨大影响，并已被誉为本世纪最具发展潜力的学

5、科之一的新兴起的学科有所了解，弄通它的基本原理和工作思路，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或报考研究生进行相关课题研究打下基础。4、 教学基本要求 基因工程是建立在分子遗传学、生物化学、微生物学、细胞生物学的基本原理和知识的基础之上的应用性科学。所以要求学生有扎实的上述课程基础。在听课的过程中随时复习所涉及的分子遗传学基本原理，对没有听懂的知识点及时提问，以免影响对后面知识点的理解与掌握。在课程结束前要求每位学生在课余查阅相关的文献资料，并写一篇专题报告。对讲述本门课程的教师要求有比较丰富的基因工程研究实践经验和阅读大量的相关参考书和科研文献，认真备课，根据基

6、因工程技术的发展及时更新讲稿或课件。本课程从本学年开始采用双语教学。三、教学主要内容及学时分配本课程讲授按每周3学时，16周共45学时安排课堂讲课。3周实验共18学时。1、课堂讲课的主要内容：Chapter 1 Introduction (2hrs) 1.1 What is genetic engineering?1.2 What are general steps involved in genetic engineering?1.3 The foundations and the key technology of the emergence of the genetic engineer

7、ing1.4 The course content and how to learn the course?本章要点：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。（次重点）Part I: The basis of genetic engingeeringChapter 2 The molecular biology basis of genetic engineering (3hrs)2.1 The structure of DNA and RNA2.2 The Central Dogma of molecular biology2.3 Gen

8、e and Gene structure2.3.1 Gene structure in prokaryotes2.3.2 Gene structure in eukaryotes2.4 Gene expression2.5 Genomes2.5.1 Genome size and complexity2.5.2 Genome organization本章要点：掌握DNA、RNA结构、分子生物学中心法则、原核生物和真核生物基因结构和基因组基本组成。Chapter 3 Working with nucleic acids (3hrs)3.1 Isolation of DNA and RNA3.2

9、Handling and quantification of nucleic acids3.3 Radiolabelling of nucleic acids3.3.1 End labeling3.3.2 Nick translation3.3.3 Labelling by primer extension3.4 Nucleic acid hybridisation3.5 Gel electrophoresis3.6 DNA sequencing3.6.1 MaxamGilbert (chemical) sequencing3.6.2 SangerCoulson (dideoxy or enz

10、ymatic) sequencing3.6.3 Electrophoresis and reading of sequences本章要点：掌握DNA和RNA提取、DNA电泳、核酸放射性标记、分子杂交和DNA序列测定的技术原理。（次重点）Chapter 4 The tools in the genetic engineering (3hrs)4.1 Restriction enzymecutting DNA4.1.1 Type II restriction endonucleases 4.1.2 Use of restriction endonucleases4.1.3 Restriction

11、mapping4.2 DNA modifying enzymes4.2.1 Nucleases4.2.2 Polymerases4.2.3 Enzymes that modify the ends of DNA molecules4.3 DNA ligasejoining DNA molecules本章要点：掌握限II型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。了解DNA连接酶和修饰酶在基因操作中的用途。（重点）Part II: The methodology of gene manipulationChapter 5 Hos

12、t cells and vectors (8hrs)5.1 Host cells types5.1.1 Prokaryotic hosts5.1.2 Eukaryotic hotst5.2 Plasmid vectors for use in E.Coli5.2.1 What are plasmids?5.2.2 Basic cloning plasmids5.2.3 Slightly more exotic plasmid vectors5.3 Bacteriophage vectors for use in E.Coli5.3.1 What are bacteriophages?5.3.2

13、 Vectors based on bacteriophage 5.3.3 Vectors based on bacteriophage M135.4 Other vectors5.4.1 Hybrid plasmid/phage vectors5.4.2 Vectors for use in eukaryotic cells5.4.3 Artificial chromosomes5.5 Getting DNA into cells5.5.1 Transformation and transfection5.5.2 Packaging phage DNA in vitro5.2.3 Alter

14、native DNA delivery methods本章要点：掌握基因工程受提细胞的类型和要求。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。掌握在体外源DNA连接的方式和原理以及感受态菌的制备原理。掌握基因转入受体细胞的基本方法和原理。（重点）Chapter 6 Cloning strategies (6hrs)6.1 which approach is best6.2 Cloning from mRNA6.2.1 Synthesis of cDNA6.2.2 Cloning cDNA in plasmid vectors6.2.3 Cloning cDNA in bacter

15、iophage vectors6.3 Cloning from genomic DNA6.3.1 Genomic libraries6.3.2 Preparation of DNA fragments for cloning6.3.3 Ligation, packaging and amplification libraries6.4 Advanced cloning strategies6.4.1 Synthesis and cloning of cDNA6.4.2 Expression of cloned cDNA molecules6.4.3 Cloning large DNA frag

16、ments BAC and YAC vectors本章要点：掌握化学合成DNA的原理和DNA文库的构建原理。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。（次重点）Chapter 7 The polymerase Chain reaction (4hrs)7.1 The history of PCR7.2 The methodology of the PCR7.2.1 The essential features of the PCR7.2.2 The design of primers for PCR7.2.3 DNA polymerases for PCR7.3 More exoti

17、c PCR techniques7.3.1 PCR using mRNA templates7.3.2 Nested PCR7.3.3 Inverse PCR7.3.4 RAPD and several other acronyms7.4 Processing of PCR products7.5 Application of the PCR本章要点：掌握PCR扩增DNA的技术原理和方法。（重点）Chapter 8 Selection, Screening and analysis of recombinants (6hrs)8.1 Genetic selection and screenin

18、g methods8.1.1 The use of chromogenic substrates8.1.2 Insertional inactivation8.1.3 Complementation of defined mutations8.1.4 Other genetic selection methods8.2 Screening using nucleic acid hybridisation8.2.1 Nucleic acid and probes8.2.2 Screening clone banks8.3 Immunological screening for expressed

19、 genes8.4 Analysis of cloned genes8.4.1 Characterisation based on mRNA translation in vitro8.4.2 Restriction mappin8.4.3 Blotting techniques8.4.4 DNA sequencing 本章要点：掌握常用的抗菌素抗性筛选、酶切筛选、杂交筛选、酶联免疫吸附测定（ELISA）、免疫印迹（western blotting）法的原理。了解转译筛选法和真核生物的报道基因筛选法。（重点）Part III Genetic Engineering in Action (12h

20、rs)Chapter 9 Understanding genes and genomes (self study)9.1 Analysis of gene structure and function9.1.1 A closer look at sequences9.1.2 Finding important regions of genes9.1.3 Investigation gene expression9.2 From genes to genomes9.2.1 Analysing genomes9.2.2 Mapping genomes9.3 Genome sequencing9.3

21、.1 Sequencing technology9.3.2 Genome projects9.4 The human genome project9.4.1 Whose genome, and how many genes does it contain9.4.2 Genetic and physical maps of the human genome9.4.3 Deriving and assembling the sequence9.4.4 What next?本章要点：掌握基因结构与功能。了解基因组学研究和人类基因组研究计划。Chapter 10 Genetic engineering

22、 and biotechnology (2hrs)10.1 Making proteins10.1.1 Native and fusion proteins10.1.2 Yeast expression systems10.1.3 The baculovirus expression system10.1.4 Mammalian cell lines10.2 Protein engineering10.3 Examples of biotechnological applications of rDNA technology10.3.1 Production of enzymes10.3.2

23、The BST story10.3.3 Therapeutic products for use in human health-care本章要点：掌握基因工程生产蛋白原理和方法。了解重组DNA技术的应用事例。Chapter 11 Medical and forensic applications of gene manipulation (1hrs)11.1 Diagnosis and characterization of medical conditions11.1.1 Diagnosis of infection11.1.2 Patters of inheritance11.1.3 G

24、enetically based disease conditions11.2 Treatment using rDNA technologygene therapy11.2.1 Getting transgenes into patients11.2.2 Gene therapy for adenosine deaminase deficiency11.2.3 Gene therapy for cystic fibrosis11.3 DNA profiling11.3.1 The history of genetic fingerprinting11.3.2 DNA profiling an

25、d the law11.3.3 Mysteries of the past revealed by genetic detectives本章要点：了解基因工程在医药上的应用，了解基因诊断、基因治疗和遗传图谱研究进展。Chapter 12 Transgenic Plants and animals (1hrs)12.1 Transgenic Plants12.1.1 Why transgenic plants?12.1.2 Tiplasmid as vectors for plant cells12.1.3 Making transgenic plants12.1.4 Putting the t

26、echnology to work12.2 Transgenic animals12.2.1 Why transgenic animals12.2.2 Producing transgenic animals12.2.3 Applications of transgenic animal technology本章要点：了解转基因植物和转基因动物的应用。Chapter 13 The other sort of cloning (1hrs)13.1 Early thoughts and experiments13.1.1 First steps towards cloning13.1.2 Nucl

27、ear totipotency13.2 Frogs and toad and carrots13.3 A famous sheepthe breakthrough achieved13.4 Beyond Dolly本章要点：了解“多莉羊”克隆技术及其意义。Chapter 14 Brave new world or genetic nightmare(1hrs)14.1 Is science ethically and morally neutral?14.2 Elements of the ethics debate14.3 Dose Frankensteins monster live in

28、side Pandoras box本章要点：了解基因工程安全性争论的主要问题。了解各国转基因生物安全的基本要求。 2、实验教学内容：实验一 CTAB法制备植物基因组DNA实验二 琼脂糖凝胶电泳检测实验三 PCR法体外扩增DNA实验四 大肠杆菌感受态细胞的制备实验五 DNA连接、重组载体转化大肠杆菌和阳性克隆筛选实验六 基因枪遗传转化技术实验七 农杆菌介导法遗传转化烟草实验八 GUS（-葡萄糖醛酸糖苷酶）基因表达活性分析要求掌握实验内容的基本原理、基本操作过程，实验结束时写出实验报告。主要教学内容时间安排见下表：主要教学内容安排学时数第一章 基因工程概述第1周2第二章 基因工程的分子生

29、物学基础第2周2第三章 核酸操作技术第2，3周3第四章 基因工程工具酶第3，4周3第五章 基因工程寄主细胞与载体第4，6，7周 8第六章 基因克隆策略第8，9周6第七章 PCR技术第10周4第八章 重组子选择、筛选和分析第11，12周6第九章 基因与基因组学研究第13周（自学）实验教学实验一 CTAB法制备植物基因组DNA实验二 琼脂糖凝胶电泳检测第13周4实验三 PCR法体外扩增DNA实验四 大肠杆菌感受态细胞的制备第14周6实验五 DNA连接、重组载体转化大肠杆菌和阳性克隆筛选实验六 基因枪遗传转化技术实验七 农杆菌介导法遗传转化烟草实验八 GUS（-葡萄糖醛酸糖苷酶）基因表达活性分析第1

30、5周8第十章 基因工程与生物技术第16周2第十一章 基因工程在医药上的应用第16周（学生讲）1第十二章 转基因植物与转基因动物第16周（学生讲）1第十三章 其他种类克隆第17周1第十四章 基因工程的论理学与安全性第17周1复习、辅导第18周考试第19或20周 四、Genetic engineering课程考试大纲 1、考试目的  测评学生对基因工程基本原理和方法的掌握程度，以及运用基因工程基本原理和方法设计实验解决实际问题的能力。 2、考试形式 笔试、考试 3、考核计算方式 平时成绩（10%），实验成绩（20%），期末考试（70%）笔试卷面分四部分，共100分（最后乘以70

31、%）。第一部分：名词解释（30分），测评学生对基本概念的掌握理解程度；第二部分：填空题（20分），测评学生对基本概念、原理和方法的掌握理解程度；第三部分：简答题（30分），测评学生对基因工程基本原理方法的理解和应用能力；第四部分：问答题（20分），综合测评学生对基因工程基本原理方法的应用能力。4、考试的内容及范围 Genetic engineering课程教学大纲规定的内容。5、考试对象 1、修完该课程且经考核有资格参加考试的学生；2、申请免修且经考核有资格参加考试的学生。六、基因工程设计性实验教学大纲1、课程编号： 2、课程名称：基因工程实验技术3、课程英文名称： Genetic engineering experiment4、修读类型：选修 5、课程层次：专业核心课6、学分/学时：1.5学分/ 27学时7、考核计算方式：研究报告8、开课学期：三年级第六学期9、适用专业：生物技术10、先修课程： 微生物学、生物化学、分子生物学、植物组织培养11、大纲制定时间：2006年9月1日