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绪论 植物基因工程概述1

1 植物基因工程的定义1

2 植物基因工程的研究发展历史2

2.1 植物基因工程理论形成期2

2.2 植物基因工程的问世期3

2.3 植物基因工程的发展期4

3 植物基因工程的理论基础及技术路线4

3.1 理论基础4

3.2 植物基因工程的技术基础5

3.3 植物基因工程的技术路线5

4 植物基因工程研究的内容6

4.1 植物基因工程的基础理论研究6

4.2 植物基因工程的应用研究6

5 植物基因工程的发展前景7

复习题8

名词解释8

问题8

第一篇 植物基因分子生物学10

第1章 植物基因组的结构功能及特点10

1 植物基因组与基因组学的基本概念10

1.1 植物基因组的定义10

1.2 基因组学的概念10

2 植物基因组的结构特点11

2.1 植物基因组的大小与C值复杂性11

2.2 植物基因组的简单序列11

2.3 植物基因组的重复序列11

2.4 植物基因组的多态性13

2.5 植物基因组的密码偏爱性13

3 植物细胞三套基因组的结构功能14

3.1 植物细胞核基因组的结构特点14

3.2 植物线粒体基因组的结构特点14

3.3 植物叶绿体基因组的结构特点15

3.4 植物细胞三套基因组的结构功能比较15

4 植物细胞三套基因组的遗传关系16

4.1 三套基因组的混源DNA16

4.2 叶绿体中蛋白质的基因编码及核质调控16

4.3 线粒体中蛋白质的基因编码及核质调控17

4.4 植物细胞三套基因组之间的相互调控17

复习题18

名词解释18

问题18

第2章 植物基因的分子结构功能及特点19

1 植物细胞核基因的分子结构功能及特点19

1.1 植物细胞核基因的基本结构19

1.2 植物细胞核基因的分子结构特点19

1.3 植物细胞核基因的功能及类型22

2 植物叶绿体基因的分子结构功能及特点22

2.1 叶绿体基因的基本结构22

2.2 叶绿体基因的分子结构特点22

2.3 叶绿体基因表达调控特点23

3 植物线粒体基因的分子结构功能及特点23

3.1 线粒体基因分子结构特点23

3.2 线粒体基因的表达调控特点24

4 植物核基因、叶绿体基因和线粒体基因结构功能的比较24

复习题25

名词解释25

问题25

第3章 植物基因的表达调控特点26

1 植物基因表达在染色质水平上的调控特点26

1.1 植物染色质MAR的调控26

1.2 DNaseⅠ超敏位点的调控27

1.3 DNA甲基化对基因表达的调控27

2 植物基因表达在转录水平的调控特点27

2.1 转录因子调控27

2.2 增强子、沉默子及Kozak序列调控28

3 植物基因转录后水平的调控特点28

3.1 选择性剪接28

3.2 小分子RNA的调控特点28

4 植物基因翻译水平的调控特点29

4.1 调控因子的磷酸化和脱磷酸化调节30

4.2 前导序列调控30

4.3 移码和选读30

5 翻译后水平调控特点30

5.1 多肽链折叠调控30

5.2 肽链的修饰调控30

5.3 蛋白质的降解31

复习题32

名词解释32

问题32

第4章 植物基因变异分子生物学33

1 植物基因组变异33

1.1 染色体组的倍性变异33

1.2 同源染色体配对错误性变异33

1.3 有性杂交基因重组变异33

2 植物基因变异33

2.1 DNA损伤33

2.2 基因突变35

3 植物DNA损伤、突变及修复重组36

3.1 直接修复36

3.2 切除修复36

3.3 错配修复36

3.4 双链断裂修复37

3.5 跨损伤DNA合成37

4 植物基因变异的生物学效应及其应用37

4.1 性状改良37

4.2 新品种培育38

5 植物转基因与基因变异的同理性分析38

复习题38

名词解释38

问题38

部分近期参考文献39

第二篇 植物基因工程的目的基因42

第5章 抗植物虫害基因及其应用42

1 微生物来源的抗虫基因及其应用42

1.1 bt基因42

1.2 胆固醇氧化酶基因44

1.3 营养杀虫蛋白基因44

1.4 其他微生物来源的抗虫基因44

2 植物来源的抗虫基因及其应用45

2.1 蛋白酶抑制剂基因45

2.2 植物凝集素基因46

2.3 淀粉酶抑制剂基因47

2.4 系统肽基因47

2.5 其他植物来源的抗虫基因47

3 动物来源的抗虫基因及其应用48

3.1 昆虫特异性神经毒素基因48

3.2 其他动物来源的抗虫基因48

4 非蛋白质类杀虫剂调控基因48

5 抗虫基因的互补和协同作用49

复习题49

名词解释49

问题49

第6章 抗植物病毒基因及其应用50

1 病毒基因及其应用50

1.1 病毒基因介导的抗性机制50

1.2 cp基因及其应用50

1.3 非病毒结构基因及其应用52

1.4 缺陷干扰RNA53

1.5 病毒卫星RNA53

1.6 核酶基因53

2 植物体内的抗病毒基因及其应用54

2.1 病程相关蛋白基因54

2.2 核糖体失活蛋白基因54

2.3 其他植物内源基因55

3 干扰素基因及其应用55

3.1 干扰素的抗病毒原理56

3.2 干扰素基因的应用56

4 抗体基因及其应用56

4.1 抗体基因的抗病毒原理56

4.2 抗体基因在植物中的应用56

复习题57

名词解释57

问题57

第7章 抗植物真菌病害基因及其应用58

1 抗菌物质相关基因及其应用58

1.1 植物抗毒素（植保素）基因及其应用58

1.2 核糖体失活蛋白基因及应用58

1.3 多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白基因及其应用59

2 病程相关蛋白基因及其应用59

2.1 病程相关蛋白种类59

2.2 病程相关蛋白基因及其应用59

3 植物抗真菌病R基因及其应用62

3.1 植物抗真菌病R基因的作用机理62

3.2 植物抗真菌病R基因功能及应用策略63

3.3 植物抗真菌病R基因及其应用63

4 植物系统获得性抗性的抗病基因及其应用64

4.1 SAR的作用机制64

4.2 SAR的诱导基因64

复习题66

名词解释66

问题66

第8章 抗植物细菌病害基因及其应用67

1 病原菌自身的抗性基因及其应用67

1.1 作用原理67

1.2 oct基因和tta基因及其应用67

2 抗菌肽基因及其应用67

2.1 抗菌肽的分子结构及其抗菌谱67

2.2 抗菌肽的杀菌机制68

2.3 抗菌肽基因的应用68

3 防御素基因及其应用68

3.1 防御素的结构与功能68

3.2 防御素np-1基因及其应用69

3.3 美洲商陆Pa-afp基因及其应用69

4 溶菌酶基因及其应用69

5 病原相关蛋白基因及其应用69

5.1 PR蛋白的基本结构和功能69

5.2 番茄pto基因的结构与功能70

5.3 番茄ptil基因的结构与功能70

6 植物保卫素合成酶基因及其应用70

6.1 化合物保卫素的功能及其合成酶基因70

6.2 活性氧的抗菌功能及其调控基因70

7 类甜蛋白基因及其应用71

7.1 类甜蛋白的成分和结构71

7.2 TLP的作用机制和应用71

7.3 tho基因的结构与功能71

复习题71

名词解释71

问题71

第9章 抗非生物胁迫基因及其应用72

1 耐除草剂基因及其应用72

1.1 抗EPSPS抑制剂基因72

1.2 抗ALS抑制剂基因73

1.3 草铵膦乙酰转移酶基因73

2 抗非生物逆境基因及其应用73

2.1 渗透调节物质合成酶基因及其应用73

2.2 抗氧化保护酶基因及其应用74

2.3 LEA蛋白基因及其应用75

2.4 抗逆相关转录因子基因及其应用75

2.5 信号因子及其应用77

3 抗寒基因及其应用78

3.1 抗冻蛋白基因78

3.2 提高生物膜流动性的蛋白质基因79

3.3 环境因素诱导表达的植物抗寒相关基因79

4 耐瘠薄基因及其应用80

4.1 耐低磷候选基因及其应用80

4.2 耐低钾候选基因及其应用81

复习题81

名词解释81

问题81

第10章 影响作物产量、品质的基因及其应用82

1 影响作物产量的基因及其应用82

1.1 植物光合作用机制及提高作物产量的设想82

1.2 影响作物光合作用的基因及其应用82

1.3 植物产量形成的相关基因84

2 影响作物品质的基因及其应用85

2.1 谷物种子贮藏蛋白基因及其应用85

2.2 影响淀粉品质的基因及其应用86

3 调控果实成熟基因及其应用87

3.1 多聚半乳糖醛酸酶87

3.2 果胶酯酶87

3.3 果胶裂解酶88

3.4 纤维素酶88

3.5 脂氧合酶88

3.6 乙烯合成相关酶类88

4 改良脂肪酸组成的基因及其应用88

4.1 植物饱和脂肪酸合成途径及其改造88

4.2 植物不饱和脂肪酸的合成途径及其改造90

4.3 三酰甘油组装酶及其改造90

4.4 影响种子含油量的调控因子90

5 植物甜味蛋白及其应用90

5.1 甜味蛋白的基因工程90

5.2 环化糊精糖苷转移酶基因及其应用91

复习题91

问题91

第11章 调控植物生长发育的基因及其应用92

1 植物激素基因对植物生长发育的调控及其应用92

1.1 生长素相关基因92

1.2 细胞分裂素基因93

1.3 赤霉素基因93

2 光信号转导相关基因对植物形态建成的调控及其应用94

2.1 光受体基因对形态建成的调控94

2.2 copl基因及其对光形态建成的负调控95

2.3 hy5基因及其对光形态建成的正调控95

3 调控胚胎发育及体细胞再生的基因及应用95

3.1 调控胚胎发育的基因95

3.2 胚胎发育基因在体细胞再生中的应用96

4 调控叶片发育、衰老的基因及其应用96

4.1 调控叶片发育的基因96

4.2 调控叶片衰老的基因97

5 调控植物花发育、衰老的基因及应用98

5.1 调控植物花发育的基因98

5.2 调控植物花衰老的基因及其应用99

6 植物雄性不育基因及其应用99

6.1 创建植物雄性不育的基因99

6.2 雄性不育保持及恢复相关基因100

复习题101

名词解释101

问题101

第12章 植物生物产品基因工程102

1 植物基因工程生物反应器102

1.1 植物基因工程生物反应器的优点102

1.2 植物基因工程产品的表达定位102

2 酶合成植物基因工程103

3 脂肪合成植物基因工程104

3.1 不饱和脂肪酸的基因调控104

3.2 饱和脂肪酸的基因调控104

4 淀粉合成植物基因工程105

4.1 催化淀粉合成的酶及其基因105

4.2 改造或生产特定结构淀粉的基因106

5 可降解塑料（PHA）合成植物基因工程107

5.1 生物可降解塑料PHB的结构功能107

5.2 PHA的生物合成及其基因调控108

5.3 利用转基因植物生产PHA的策略108

复习题109

问题109

第13章 植物医药基因工程及其应用110

1 植物医药基因工程概述110

1.1 植物医药基因工程的发现110

1.2 转基因植物生产药物的优点110

1.3 植物医药基因工程宿主植物的选择110

1.4 重组蛋白在细胞中的定位111

2 植物抗体基因工程及相关基因112

2.1 抗体及其基因的结构与功能112

2.2 抗体在转基因植物中的表达113

2.3 植物抗体的应用前景113

2.4 植物抗体存在的问题及研究方向113

3 植物疫苗基因工程及相关基因114

3.1 植物疫苗基因工程目的基因的选择114

3.2 植物疫苗基因工程的研究进展及应用前景114

3.3 植物疫苗基因工程存在的问题及策略116

4 转基因植物生产药用蛋白多肽117

5 植物医药基因工程研究展望117

复习题118

名词解释118

问题119

部分近期参考文献120

第三篇 目的基因分离克隆124

第14章 基因序列同源性克隆目的基因124

1 基因序列同源性克隆的原理124

1.1 基因序列同源性克隆的种类124

1.2 基因序列同源性克隆的原理124

2 基因序列同源性克隆的程序124

2.1 简并引物设计125

2.2 克隆基因片段序列及同源性分析126

3 目的基因全长克隆126

3.1 cDNA末端的快速克隆（RACE技术）126

3.2 染色体步移（chromosome walking）技术129

4 基因序列同源性克隆的评述130

复习题130

名词解释130

问题130

第15章 基因芯片技术克隆目的基因131

1 基因芯片概述131

1.1 基因芯片的定义131

1.2 基因芯片的特点131

2 利用基因芯片技术分离目的基因131

2.1 基因芯片技术分离目的基因的原理131

2.2 基因芯片技术分离目的基因的操作流程132

2.3 基因芯片技术在分离目的基因中的应用134

3 基因芯片技术的其他应用135

3.1 基因表达分析135

3.2 大规模测序135

3.3 突变体和多态性检测135

3.4 基因文库作图135

3.5 转基因产品检测135

3.6 基因芯片技术的评价及发展前景135

复习题135

名词解释135

问题135

第16章 基因文库技术136

1 基因文库概述136

2 基因文库的类别136

2.1 基因组文库和cDNA文库136

2.2 克隆文库及表达文库136

2.3 不同载体的基因文库137

3 植物核基因组文库构建137

3.1 DNA片段的产生和制备137

3.2 构建基因文库的载体138

3.3 应用λ噬菌体载体构建基因组文库138

4 植物cDNA文库构建138

4.1 mRNA的制备138

4.2 cDNA的合成138

4.3 cDNA与载体的连接139

5 人工染色体文库构建140

5.1 人工染色体文库简介140

5.2 酵母人工染色体（YAC）文库140

5.3 细菌人工染色体（BAC）文库141

5.4 可转化人工染色体（TAC）文库142

6 基因文库筛选方法142

6.1 核酸杂交法142

6.2 免疫学检测法143

6.3 同胞选择法143

6.4 PCR筛选法143

7 问题与展望143

复习题144

名词解释144

问题144

第17章 差异表达基因的分离技术145

1 mRNA差异显示技术145

1.1 mRNA差异显示技术的基本原理145

1.2 mRNA差异显示技术分离差异表达基因的基本程序146

1.3 mRNA差异显示技术的优点及局限性146

1.4 mRNA差异显示技术的改进147

1.5 mRNA差异显示实验中的注意事项149

2 实时荧光定量PCR技术分离目的基因150

3 RACE技术克隆全长目的基因150

4 基因表达系列分析技术（SAGE）分离目的基因150

4.1 SAGE的原理150

4.2 SAGE操作程序150

4.3 SAGE的特点分析及应用151

5 差减杂交（SH）与抑制性差减杂交（SSH）技术分离目的基因151

5.1 SSH的基本原理152

5.2 SSH的操作程序152

5.3 SSH的优点分析153

5.4 SSH在基因克隆中的应用前景153

复习题153

名词解释153

问题153

第18章 插入突变技术分离克隆目的基因154

1 插入失活筛选重组体154

1.1 根据载体表型特征选择重组体154

1.2 根据插入序列的表型特征筛选重组体155

2 插入接头突变分离克隆目的基因155

2.1 基本原理155

2.2 具体操作155

3 T-DNA标签法分离克隆目的基因156

3.1 基本原理156

3.2 操作及应用156

4 转座子诱变分离克隆目的基因157

4.1 转座子的基本概念157

4.2 转座子的分类和结构特征157

4.3 转座机制158

4.4 转座子的应用159

5 插入突变的其他应用162

复习题162

名词解释162

问题162

第19章 图位克隆分离目的基因163

1 图位克隆的基本原理163

2 图位克隆的基本程序163

3 图位克隆的主要技术环节163

3.1 目的基因遗传作图群体的构建163

3.2 筛选与目标基因连锁的分子标记164

3.3 目的基因区域的精细定位和作图166

3.4 目的基因克隆167

3.5 目的基因的鉴定168

4 图位克隆的研究进展168

复习题169

名词解释169

问题169

第20章 酵母双杂交系统分离克隆目的基因170

1 酵母双杂交系统的基本原理170

2 酵母双杂交系统的内容171

2.1 酵母双杂交的组成171

2.2 酵母双杂交的实验模式171

2.3 酵母双杂交体系的寄主菌与质粒载体171

3 酵母双杂交系统的特点分析172

3.1 双杂交系统优点172

3.2 酵母双杂交系统应用的局限性和存在的主要问题173

3.3 酵母双杂交系统的改进174

4 酵母双杂交系统的功能及其新技术175

4.1 筛选与已知蛋白特异作用的成分175

4.2 确定两个已知有生理作用的蛋白间的作用位点或结构域176

4.3 酵母单杂交系统176

4.4 反向双杂交技术176

4.5 酵母三杂交系统176

5 酵母双杂交系统的应用177

复习题178

名词解释178

问题178

第21章 功能蛋白组技术分离目的基因179

1 功能蛋白组技术概述179

2 蛋白质双向电泳技术180

2.1 双向电泳原理180

2.2 用于功能蛋白组研究的双向电泳系统180

2.3 蛋白质双向电泳技术181

3 功能蛋白氨基酸序列分析183

3.1 概述183

3.2 蛋白质指纹质谱分析183

4 功能蛋白基因分离184

4.1 聚合酶链式反应技术分离目的基因184

4.2 核酸杂交筛选法分离目的基因185

4.3 免疫学筛选法分离目的基因185

复习题187

名词解释187

问题187

第22章 基因分离克隆的新技术与选择策略188

1 基因分离克隆的新技术188

1.1 EST序列标签法分离克隆目的基因188

1.2 EST表达标签法的原理188

1.3 EST表达标签法的思路188

1.4 EST表达标签法在植物研究中的应用189

2 代表性差异分析（RDA）189

2.1 gDNA-RDA190

2.2 cDNA-RDA190

2.3 cDNA-RDA在植物基因分离克隆中的应用191

3 TADSH技术191

3.1 TADSH的基本原理191

3.2 TADSH方法操作程序191

3.3 TADSH方法特点191

4 cDNA-DS技术（cDNA直选法）192

4.1 cDNA-DS的基本原理与内容192

4.2 cDNA直选法的操作程序192

4.3 cDNA-DS方法的影响因素192

4.4 cDNA直选法的应用及研究进展193

5 cDNA-AFLP与cDNA-RAPD技术193

5.1 cDNA-AFLP193

5.2 cDNA-RAPD194

6 基因鉴定集成法194

6.1 IPGI技术的基本原理194

6.2 IPGI的实验步骤194

6.3 IPGI技术的优点195

6.4 基因鉴定集成法的应用前景195

7 目的基因分离克隆方法的评述与选择策略195

7.1 植物目的基因分离克隆新方法评述195

7.2 植物目的基因分离克隆方法的选择策略197

复习题198

名词解释198

问题198

部分近期参考文献199

第四篇 植物基因工程载体及其构建202

第23章 植物基因工程载体202

1 植物基因工程载体概述202

2 植物基因工程载体命名规则及种类202

2.1 植物基因工程载体的命名规则202

2.2 植物基因工程载体的种类及特性202

3 载体的基本结构203

4 RNA干扰表达载体204

4.1 RNAi的分子机制204

4.2 植物RNAi的特点205

4.3 RNAi载体的设计及构建205

4.4 RNA干扰的研究与应用展望206

5 植物基因工程常用的质粒载体207

5.1 植物基因工程常用的克隆载体207

5.2 植物基因工程常用的表达载体209

6 植物基因工程载体改进和优化210

6.1 改进和优化启动子210

6.2 增强翻译效率210

6.3 消除位置效应210

6.4 使用定位信号210

6.5 利用内含子增强基因表达210

复习题211

名词解释211

问题211

第24章 植物基因工程载体的标记基因和报告基因212

1 标记基因212

1.1 标记基因概述及环境安全212

1.2 标记基因的分类212

1.3 常用的选择标记基因214

1.4 转基因植物中选择标记基因的消除215

2 报告基因218

2.1 报告基因概述218

2.2 氯霉素乙酰转移酶基因（cat）218

2.3 荧光素酶基因（luc）218

2.4 绿色荧光蛋白基因（gfp）219

2.5 β－葡萄糖醛酸糖苷酸酶基因（gus）219

3 标记基因和报告基因的选择策略219

复习题219

名词解释219

问题219

第25章 Ti质粒载体及其构建220

1 Ti质粒载体的结构与功能220

1.1 T-DNA区域的基因结构与功能220

1.2 Vir区操纵子的基因结构与功能221

2 Ti质粒基因在转化中的调控作用222

2.1 单链T-DNA的加工222

2.2 T链复合体的形成223

2.3 T链复合体的转运223

2.4 T－复合体靶向植物细胞核224

2.5 农杆菌染色体基因对T-DNA转移的调控224

3 Ti质粒的改造及载体构建224

3.1 双元载体系统225

3.2 载体卡盒225

4 双元质粒Ti载体的新技术225

4.1 双元Ti载体结构的优化226

4.2 双元Ti载体的发展227

4.3 双元Ti载体应用的展望230

复习题230

名词解释230

问题230

第26章 Ri质粒载体及其构建231

1 Ri质粒载体的结构与功能231

1.1 Ri质粒的酶切图谱231

1.2 Ri质粒与Ti质粒的同源性232

1.3 Vir区的基因结构与功能232

2 Ri质粒T区的基因结构与功能232

2.1 农杆碱型Ri质粒T-DNA区特点与功能232

2.2 甘露碱型和黄瓜碱型T-DNA区特点234

2.3 RiT-DNA在转化体的整合机制234

3 Ri T-DNA微型质粒的构建235

复习题235

名词解释235

问题235

第27章 植物病毒载体及构建236

1 植物病毒载体概述236

1.1 植物病毒载体特点236

1.2 植物病毒载体分类236

2 植物病毒载体的构建241

2.1 基因替代置换241

2.2 基因插入242

2.3 融合抗原242

2.4 基因互补242

3 病毒载体的应用及评价243

3.1 植物病毒载体表达系统在植物基因工程中的应用243

3.2 植物病毒诱导的基因沉默系统（VIGS）在植物功能基因组研究中的应用244

复习题246

名词解释246

问题246

部分近期参考文献247

第五篇 目的基因转化250

第28章 植物基因转化受体系统的建立250

1 植物基因转化受体系统的条件250

1.1 高效稳定的再生能力250

1.2 较高的遗传稳定性250

1.3 具有稳定的外植体来源251

1.4 对选择性抗生素敏感251

1.5 对农杆菌侵染有敏感性251

2 植物组织培养转化受体系统251

2.1 植物组织培养转化受体系统的种类及其特性251

2.2 植物组织培养转化受体系统建立的程序253

2.3 植物组织培养转化受体系统建立的常见问题255

3 植物非组织培养受体系统258

3.1 植物生殖细胞受体系统258

3.2 植物种子受体系统259

3.3 植物茎尖分生细胞受体系统259

3.4 植物质体受体系统259

复习题259

名词解释259

问题259

第29章 根癌农杆菌Ti质粒基因转化260

1 根癌农杆菌的生物学特性260

1.1 根癌农杆菌的形态结构、生活习性及寄主范围260

1.2 根癌农杆菌的分类及鉴定260

1.3 根癌农杆菌的遗传宿主及内共生原理260

1.4 根癌农杆菌附着植物细胞的机制261

2 根癌农杆菌侵染植物细胞的化学机制261

2.1 根癌农杆菌的趋化性261

2.2 根癌农杆菌侵染的诱导物及作用机制261

2.3 冠瘿碱的化学特性及功能264

3 根癌农杆菌的侵染能力及其特性266

3.1 转化中常用的根癌农杆菌菌系及菌株266

3.2 影响农杆菌侵染能力的内在因素267

3.3 根癌农杆菌的侵染能力差异及植物的敏感反应268

4 根癌农杆菌转化程序及操作原理268

4.1 根癌农杆菌转化程序269

4.2 根癌农杆菌的培养、纯化、保存及工程菌液制备269

4.3 Vir区基因活化诱导物的使用270

4.4 外植体的选择271

4.5 外植体的预培养、接种及与农杆菌的共培养272

4.6 外植体脱菌及选择培养273

5 根癌农杆菌转化方法274

5.1 整体植株接种共感染法274

5.2 叶盘转化法275

6 根癌农杆菌转化系统的评述276

复习题277

名词解释277

问题277

第30章 发根农杆菌Ri质粒基因转化278

1 发根农杆菌的生物学特性278

1.1 发根农杆菌的宿主及转化体的特性278

1.2 发根农杆菌的分类及命名279

1.3 毛状根是单细胞克隆体279

1.4 发根农杆菌的冠瘿碱合成280

2 发根农杆菌基因转化策略280

2.1 共整合载体转化280

2.2 双元载体转化280

2.3 Ri质粒与Ti质粒的相容性280

3 发根农杆菌基因转化的方法及操作原理280

3.1 转化方法281

3.2 毛状根的培养281

4 发根农杆菌基因转化的影响因素281

4.1 发根农杆菌种类之间侵染能力的差异281

4.2 发根农杆菌Vir区基因的影响282

4.3 发根农杆菌染色体基因的影响282

4.4 宿主对发根农杆菌侵染的敏感性282

5 发根农杆菌转化的应用282

5.1 促进生根282

5.2 增强抗逆性282

5.3 次生代谢产物生产282

复习题283

名词解释283

问题283

第31章 植物病毒载体介导基因转化284

1 植物病毒的生物学特性284

1.1 植物病毒的种类及其特性284

1.2 植物病毒的形态结构285

2 植物病毒介导基因转化的原理286

2.1 植物病毒的侵染机制286

2.2 病毒在植物细胞内的装配286

3 植物病毒介导基因转化的程序287

3.1 病毒载体转化系统的基本条件287

3.2 病毒载体转化系统的选择策略287

3.3 病毒载体转化的方法288

4 病毒载体与质粒载体转化系统的比较288

4.1 病毒载体与质粒载体转化系统的异同288

4.2 病毒载体的缺点288

5 病毒载体转化系统的应用潜力288

复习题289

名词解释289

问答题289

第32章 DNA直接导入法基因转化290

1 化学诱导DNA直接转化290

1.1 PEG介导基因转化290

1.2 脂质体介导基因转化292

2 物理法诱导DNA直接转化293

2.1 电激法介导基因转化293

2.2 超声波介导基因转化294

2.3 显微注射介导基因转化295

2.4 激光微束介导基因转化296

2.5 基因枪法介导基因转化297

2.6 低能离子束介导植物基因转化301

复习题302

名词解释302

问题302

第33章 植物种质系统介导基因转化303

1 花粉管通道法介导基因转化303

1.1 花粉管通道法的提出303

1.2 花粉管导入的原理303

1.3 花粉管通道法的操作程序304

1.4 对花粉管通道法的技术评价304

2 花粉粒介导基因转化305

2.1 花粉粒介导基因转化的原理305

2.2 花粉粒介导基因转化的操作程序305

2.3 花粉粒基因转化的优点及问题306

2.4 花粉粒基因转化的应用306

3 生殖细胞浸泡法介导基因转化306

3.1 浸泡转化法的原理306

3.2 浸泡转化法程序307

3.3 浸泡转化法的技术评价307

4 胚囊、子房注射法介导基因转化308

4.1 胚囊、子房注射法的原理308

4.2 胚囊、子房注射法的操作程序308

4.3 胚囊、子房注射法的评述308

5 萌发种子基因转化309

5.1 萌发种子基因转化的原理309

5.2 萌发种子胚基因转化方法309

5.3 萌发种子基因转化的优缺点309

5.4 萌发种子基因转化的应用前景309

复习题309

名词解释309

问题309

第34章 植物质体基因转化系统310

1 植物质体基因转化系统概述310

1.1 植物质体系统的定义310

1.2 植物质体基因转化的研究历史310

1.3 植物质体基因转化系统的优越性310

2 叶绿体基因转化及原理311

2.1 叶绿体基因组结构特点311

2.2 叶绿体的转化方法及原理311

2.3 叶绿体基因转化载体的特性311

2.4 外源基因在叶绿体基因组的整合原理312

3 外源基因在叶绿体基因组的表达313

4 转化外源基因在叶绿体基因组的同质化途径314

4.1 16SrRNA突变型细胞途径314

4.2 利用筛选标记基因途径314

4.3 利用花粉管导入途径314

5 标记基因的选择及删除314

5.1 选择筛选标记基因314

5.2 筛选标记基因的删除315

6 叶绿体基因工程的应用315

6.1 提高光合效率315

6.2 改良作物特性316

6.3 生产药物及工业生物产品316

7 存在问题及展望316

7.1 转化效率低316

7.2 叶绿体同质化困难317

7.3 展望317

复习题317

名词解释317

问题317

部分近期参考文献317

第六篇 转基因植物的检测320

第35章 标记及报告基因的表达检测320

1 抗生素抗性基因检测320

1.1 β－葡萄糖苷酸酶基因gus的检测320

1.2 氯霉素乙酰转移酶基因cat的检测322

1.3 npt-Ⅱ基因的检测323

2 抗除草剂基因检测324

2.1 pat基因的检测原理324

2.2 检测方法325

3 生化代谢基因检测325

3.1 冠瘿碱合成酶基因的检测325

3.2 萤光素酶基因的检测325

3.3 二氢叶酸还原酶基因的检测326

4 生物安全性标记基因检测326

4.1 磷酸甘露糖异构酶基因（pmi）的检测326

4.2 木糖异构酶基因（xyla）检测327

4.3 甜菜碱醛脱氢酶（BADH）基因的测定327

4.4 绿色荧光蛋白基因gfp的检测328

复习题328

名词解释328

问题328

第36章 外源基因整合检测329

1 外源基因整合的Southern杂交鉴定329

1.1 植物DNA提取329

1.2 杂交探针的制备330

1.3 Southern印迹杂交332

1.4 Southern印迹杂交结果分析335

2 整合外源基因拷贝数的IPCR检测337

2.1 IPCR的原理337

2.2 IPCR技术要点337

3 整合外源基因实时荧光定量PCR检测337

3.1 实时荧光定量PCR概述337

3.2 实时荧光定量PCR的基本概念338

3.3 实时荧光定量PCR的化学原理338

3.4 应用SYBR GreenⅠ法进行基因整合检测（绝对定量分析）340

4 整合外源基因的原位杂交340

4.1 染色体DNA原位杂交原理341

4.2 染色体DNA原位杂交方法341

复习题341

名词解释341

问题341

第37章 外源基因的表达检测342

1 外源基因转录的Northern杂交检测342

1.1 植物RNA提取342

1.2 探针制备344

1.3 Northern斑点杂交344

1.4 Northern印迹杂交344

2 外源基因表达的RT-PCR检测345

2.1 原理345

2.2 RT-PCR反应程序345

3 外源基因表达蛋白的检测345

3.1 ELISA检测345

3.2 免疫荧光技术检测346

4 表达蛋白的含量测定346

5 Western杂交检测347

5.1 Western杂交原理347

5.2 Western杂交程序347

5.3 Western印迹实验设计348

6 外源基因表达的原位杂交检测348

6.1 组织细胞mRNA原位杂交348

6.2 外源基因表达蛋白的组织细胞免疫定位349

6.3 组织印迹的Northern及Western杂交349

复习题350

名词解释350

问题350

第38章 转基因植物的生物学特性检测351

1 转基因植株外源基因纯合和嵌合性检测351

1.1 转基因植株外源基因纯合体检测351

1.2 转基因植株嵌合体检测355

2 转基因植物遗传多样性检测355

2.1 RFLP检测分析原理355

2.2 RAPD检测分析原理356

2.3 SSR标记分析转基因植株的遗传多样性356

3 转基因植株的目的性状检测358

3.1 生理生化检测转基因植物的目的性状指标358

3.2 转基因植物目的性状的生物学鉴定358

4 转基因植物稳定性检测359

复习题359

名词解释359

问题359

部分近期参考文献360

第七篇 转基因植物的遗传特性及其安全性362

第39章 外源DNA在转基因植物中的整合特性362

1 外源DNA的整合特点362

1.1 外源DNA整合的随机性362

1.2 外源DNA整合的规律性362

1.3 农杆菌介导法的整合特点363

1.4 基因枪法的整合特点363

1.5 花粉管通道法的整合特点364

2 外源DNA的整合机制364

2.1 T-DNA整合的机制364

2.2 直接导入法外源DNA整合的分子机制365

3 外源DNA的整合方式及结构变化367

3.1 外源DNA的整合方式367

3.2 转化后外源DNA的结构变化368

4 外源DNA整合的效应369

4.1 位置效应369

4.2 重组效应369

4.3 转基因拷贝数的效应（剂量效应）370

4.4 转基因沉默370

5 外源基因的删除370

5.1 共转化法370

5.2 转座子法370

5.3 位点特异性重组法371

5.4 染色体内同源重组法372

5.5 几种方法的比较和评价372

6 提高外源DNA有效整合的技术372

6.1 定点重组转基因技术简介372

6.2 定点重组转基因技术的主要类型372

6.3 位点特异性重组的作用机制373

6.4 位点特异性重组的应用373

复习题374

名词解释374

问题374

第40章 外源基因在转基因植物中的表达特性375

1 外源基因的瞬时表达375

1.1 瞬时表达的过程375

1.2 瞬时表达的机制375

1.3 植物瞬时表达的技术376

1.4 瞬时表达的应用376

2 外源基因的稳定表达377

2.1 外源基因稳定表达的特点377

2.2 外源基因稳定表达的类型377

3 同源性和异源性外源基因的表达378

3.1 同源性外源基因的表达378

3.2 异源性外源基因的表达379

4 外源基因的沉默379

4.1 转基因沉默的表现379

4.2 转基因沉默的机制379

5 外源基因的整合方式对其表达的影响381

5.1 外源基因的整合位置381

5.2 外源基因的拷贝数381

6 优化外源基因表达的策略381

6.1 启动子的合理选择381

6.2 目的基因的修饰382

6.3 信号肽序列的利用382

6.4 特殊序列的恰当使用382

6.5 利用优良的转化方法和重组系统383

复习题383

名词解释383

问题383

第41章 外源基因的遗传特性及其利用384

1 外源基因的遗传规律384

1.1 孟德尔式遗传384

1.2 非孟德尔式遗传385

2 外源基因的遗传稳定性387

2.1 转基因在转化细胞中的稳定性387

2.2 转基因在遗传传递中的稳定性387

2.3 转基因植株的倍性变化388

2.4 沉默转基因的遗传稳定性388

3 影响外源基因遗传特性的因素388

3.1 环境条件388

3.2 转化方法389

4 转基因材料在遗传育种中的应用389

4.1 转基因材料在遗传学研究中的利用389

4.2 转基因材料的育种利用390

4.3 转基因材料的基因聚合利用方法392

4.4 快速利用转基因材料的技术392

复习题393

名词解释393

问题393

第42章 转基因植物的安全性394

1 转基因生物安全性概述394

1.1 生物安全的定义394

1.2 转基因生物的安全性评价394

1.3 转基因生物安全等级的划分395

2 转基因植物的基因元件安全性395

2.1 目的基因的安全性395

2.2 标记基因的安全性395

2.3 调控元件的安全性396

2.4 载体骨架序列的安全性396

3 转基因植物的环境安全性396

3.1 生存竞争能力396

3.2 基因漂移的环境影响397

3.3 转基因植物的功能效率评价397

3.4 对生物多样性的影响397

3.5 产业化后的环境监测与风险管理398

4 转基因植物的食品安全性398

4.1 转基因食品安全398

4.2 转基因植物食品安全性的评价内容398

5 转基因生物安全管理399

5.1 国外转基因生物安全管理399

5.2 我国转基因生物安全管理399

6 转基因生物安全的风险交流400

6.1 风险交流的定义400

6.2 风险评估、风险管理和风险交流之间的关系400

7 转基因生物安全事件澄清401

7.1 Pusztai事件401

7.2 大斑蝶事件401

7.3 转基因玉米品种对大鼠肾脏和肝脏毒性事件401

复习题401

名词解释401

问题401

部分近期参考文献401

第八篇 生物信息学与植物基因工程406

第43章 生物信息学概述406

1 什么是生物信息学？406

1.1 生物信息学概念406

1.2 生物信息学的研究内容406

2 生物信息学发展简史408

3 生物分子数据库408

3.1 基因组数据库409

3.2 功能数据库409

4 生物信息学在植物基因工程中的应用410

4.1 生物信息学在基因信息挖掘中的应用410

4.2 生物信息学在基因克隆中的应用410

4.3 生物信息学在转基因植物表达分析中的应用411

4.4 生物信息学在整合外源基因结构功能分析中的应用411

复习题411

问题411

第44章 生物信息学与基因结构功能分析412

1 序列同源性分析412

1.1 序列比对412

1.2 进化树分析413

2 基因完整性分析414

3 基因结构域分析414

4 启动子分析414

4.1 在线搜索的方法415

4.2 本地运行方法415

复习题416

问题416

第45章 生物信息学与植物基因分离克隆417

1 植物基因组与基因信息获取417

1.1 TAIR库资源的获取417

1.2 GenBank库资源的获取417

2 分子标记和基因组数据分析418

2.1 基因表达数据分析与候选基因筛选418

2.2 基因芯片数据分析418

2.3 Next-generation sequencing（NGS）数据分析419

3 基因克隆中的生物信息学方法421

3.1 PCR引物设计方法421

3.2 电子克隆基因422

复习题424

问题424

第46章 生物信息学与蛋白质结构功能分析425

1 蛋白质结构数据库425

1.1 PROSITE425

1.2 PDB425

1.3 SCOP425

1.4 CATH425

1.5 PIR和PSD426

1.6 SWISS-PROT426

1.7 COG426

2 蛋白质结构预测426

2.1 蛋白质二级结构预测的方法及软件426

2.2 蛋白质三级结构预测的方法及软件427

3 蛋白质功能预测428

3.1 蛋白质功能预测方法428

3.2 蛋白质结构与功能关系数据库428

复习题429

问题429

部分近期参考文献430

植物基因工程中英文名词对照431