基因工程 课程教学大纲

发布者:石书兵发布时间:2019-12-18浏览次数:368

一、基本概况

课程名称:基因工程(Genetic engineering

课程代码:131010207

课程类别:专业核心课

学时/学分:34/2(其中理论34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、Ecoli 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;

5.其他酶类: 外切酶、碱性磷酸酶、多核苷酸激酶等的作用与特点。

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Ecoli 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4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2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.基因组文库的构建;

2.cDNA文库的构建;

3.目的基因的获取。

教学要求:

1.了解基因文库的构建方法和原理;

2.了解目的基因获得的四种方法:直接分离法——NA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体外重组(讲课2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4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 western blotting的基本操作步骤。

第七章外源基因的表达(讲课4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:978-7-109-15702-6

参考书目:

1.基因工程原理第二版(上下册),吴乃虎主编,科学出版社,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