教 案 课程:基因工程 学时:30学时 班级:植保、农学、园艺 教师: 黑龙江八一农垦大学
教 案 课 程： 基因工程 学 时： 30 学时 班 级：植保、农学、园艺 教 师： 黑 龙 江 八 一 农 垦 大 学
《基因工程》电子教案 、教学进度计划 教学进度表 次|学时 教学内容 2|绪论 DNA的组成、结构 123456789 2天然DNA的制备、限制性核酸内切酶及DNA的片段化 2特异性DNA片段的PCR扩增 2DNA片段的化学合成及凝胶电泳检测 2分子克隆的载体及质粒克隆的载体 病毒(噬菌体)克隆载体及染色体定位整合克隆载体 人工染色体克隆载体及特殊用途克隆载体 目的基因、目的基因的制备及目的基因的分离 10 2222 受体细胞及重组DNA分子转入原核生物 重组子的筛选 基因表达的机制 2基因表达的调控元件及外源基因表达系统(前部分) 14 2外源基因表达系统(后部分)及基因表达产物的检测 与分离纯化 基因工程应用 、授课内容及学时分配 授课内容及学时分配 章节 各章名称 理论课理论课|实验课总课 周次时数时数时数 1绪论 2|DNA重组 3|基因工程克隆的载体 目的基因的制备 5目的基因导入受体细胞 6外源基因的表达 2462 863462 7基因工程的应用
《基因工程》电子教案 一、教学进度计划 教学进度表 周次 学时 教学内容 备注 1 2 绪 论 2 2 DNA 的组成、结构 3 2 天然 DNA 的制备、限制性核酸内切酶及 DNA 的片段化 4 2 特异性 DNA 片段的 PCR 扩增 5 2 DNA 片段的化学合成及凝胶电泳检测 6 2 分子克隆的载体及质粒克隆的载体 7 2 病毒（噬菌体）克隆载体及染色体定位整合克隆载体 8 2 人工染色体克隆载体及特殊用途克隆载体 9 2 目的基因、目的基因的制备及目的基因的分离 10 2 受体细胞及重组 DNA 分子转入原核生物 11 2 重组子的筛选 12 2 基因表达的机制 13 2 基因表达的调控元件及外源基因表达系统（前部分） 14 2 外源基因表达系统（后部分）及基因表达产物的检测 与分离纯化 15 2 基因工程应用 二、授课内容及学时分配 授课内容及学时分配 章节 各章名称 理论课 周次 理论课 时数 实验课 时数 总课 时数 1 绪论 2 1 2 DNA 重组 8 8 3 基因工程克隆的载体 6 6 4 目的基因的制备 2 3 5 目的基因导入受体细胞 4 4 6 外源基因的表达 6 6 7 基因工程的应用 2 2 合 计 30 30
三、单元教学计划 名称 第一章绪论 目的 使学生清晰基因工程的基本概念,知道基因工程的研究范围和内容, 了解基因工程的诞生与发展状况。 要求 重 基因工程的含义、理论依据、研究的基本技术路线以及基因工程研究 难点的内容 时间 教学组织 教学方法 引言 2学时1.基因工程含义 1)广义含义 2)狭义含义 2.基因工程理论依据 1)DNA分子的切割与连接 2)核酸分子杂交 3)凝胶电泳 4)细胞转化 5)DNA序列结构分析以及基因人工合成、基因定点突变和 PCR扩增技术 3.基因工程研究的基本技术路线 1)从大大原核生物细胞中提取克隆的载体; 2)从真核生物细胞中提取外源DNA )用限制性内切酶将载体打开,并用限制性内切酶消化真理论讲 核生物DNA 授;举例 4)用DNA连接酶将真核生物DN片断接到载体上,获得重并借助课 组体 件进行辅 5)用原核或真核生物细胞作为受体,使重组体进入并得至助教学 扩增,通过特定手段,能找到含有理想重组体的受体细胞。 4.基因工程研究发展史 1)50年代以前2)50年代以后3)最近20年 基因工程研究内容 1.从复杂的生物有机体基因组中,经过酶切消化或PCR扩增 等步骤发,分离出带有目的基因的DNA片断。 2.在体外将带有目的基因的外源DNA片断连接到能自我复制 的并具有选择记号的载体分子上,形成重组DNA分子 3.将重组DNA分子转移到适当的受体细胞,并与之一起增殖 4.从大量的细胞繁殖群体中,筛选出获得了重组DNA分子的 受体细胞克隆。 5.从这些筛选出来的受体细胞克隆,提取出已经得到扩增的 目的基因,供进一步分析研究使用 6.将目的基因克隆到表达载体上,导入寄主细胞,使之在新
三、单元教学计划 名 称 第一章 绪论 目 的 要 求 使学生清晰基因工程的基本概念，知道基因工程的研究范围和内容， 了解基因工程的诞生与发展状况。 重 点 难 点 基因工程的含义、理论依据、研究的基本技术路线以及基因工程研究 的内容。 时 间 教学组织 教学方法 2 学时 一、引言 1.基因工程含义 1）广义含义 2）狭义含义 2.基因工程理论依据 1）DNA 分子的切割与连接 2）核酸分子杂交 3）凝胶电泳 4）细胞转化 5）DNA 序列结构分析以及基因人工合成、基因定点突变和 PCR 扩增技术 3.基因工程研究的基本技术路线 1)从大大原核生物细胞中提取克隆的载体； 2）从真核生物细胞中提取外源 DNA； 3）用限制性内切酶将载体打开，并用限制性内切酶消化真 核生物 DNA； 4）用 DNA 连接酶将真核生物 DNA 片断接到载体上，获得重 组体； 5）用原核或真核生物细胞作为受体，使重组体进入并得至 扩增，通过特定手段，能找到含有理想重组体的受体细胞。 4.基因工程研究发展史 1）50 年代以前 2）50 年代以后 3）最近 20 年 二、基因工程研究内容 1.从复杂的生物有机体基因组中，经过酶切消化或 PCR 扩增 等步骤发，分离出带有目的基因的 DNA 片断。 2.在体外将带有目的基因的外源 DNA 片断连接到能自我复制 的并具有选择记号的载体分子上，形成重组 DNA 分子。 3.将重组 DNA 分子转移到适当的受体细胞，并与之一起增殖 4.从大量的细胞繁殖群体中，筛选出获得了重组 DNA 分子的 受体细胞克隆。 5.从这些筛选出来的受体细胞克隆，提取出已经得到扩增的 目的基因，供进一步分析研究使用。 6.将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之在新 理论讲 授；举例 并借助课 件进行辅 助教学
的遗传背景下实现功能表达,产生出人类所需要的物质 三、基因工程研究发展前景
的遗传背景下实现功能表达，产生出人类所需要的物质。 三、基因工程研究发展前景
名称 第二章DNA重组 使学生了解DNA的组成、结构和DNA的重组类型;理解DNA的浓缩及 目的 纯化,限制性核酸内切酶的特异性及作用机制,聚合酶链式反应技术的原 理及其应用:掌握大肠杆菌质粒DNA的提取以及λ噬菌体DNA的提取, 要求「琼脂糖凝胶电泳的原理及方法,限制性内切酶的反应系统: E colinA连 接酶和T4DNA连接酶的连接机理。 重 天然DMA的提取,限制性核酸内切酶和连接酶的作用机理及方法 PCR扩增DNA片段的基本原理和方法,琼脂糖凝胶电泳技术的原理和方法 难点|DMA的纯化与浓缩,DMA片段的化学合成,DNA片段的连接 时间 教学组织 教学方法 第一节DNA的组成和结构 8学时 、DNA的组成 1.组成元素 2.基本单位 3.化学结构 、DNA的空间结构 规则的双螺旋结构 1.空间结构 A一DNA的结构 B一DNA的结构 2.碱基互补配对原则 3.DNA分子的特点 三、DNA复制起始位点和复制子的结构 1.复制的基本机理 2.复制起始位点 3.复制子及复制子的结构 以理论讲 4.复制的特点 授为主 四、DNA的转录 配合课件 启动子的定义 进行讲授 1.启动子 为辅 启动子的基本结构 转录所需酶的种类 2.转录 转录区的结构 转录的过程 第二节天然DNA的制备 →、天然DNA的来源和用途 1.天然DNA的来源 2.天然DNA的用途 、天然DNA的提取 天然DNA的提取方法与原理 、DNA的纯化 四、DNA的浓缩 DNA浓度的测定方法 第三节限制性核酸内切酶和DNA片段化
名 称 第二章 DNA 重组 目 的 要 求 使学生了解 DNA 的组成、结构和 DNA 的重组类型；理解 DNA 的浓缩及 纯化，限制性核酸内切酶的特异性及作用机制，聚合酶链式反应技术的原 理及其应用；掌握大肠杆菌质粒 DNA 的提取以及 λ 噬菌体 DNA 的提取， 琼脂糖凝胶电泳的原理及方法，限制性内切酶的反应系统；E.coliDNA 连 接酶和 T4DNA 连接酶的连接机理。 重 点 难 点 天然 DNA 的提取，限制性核酸内切酶和连接酶的作用机理及方法， PCR 扩增 DNA 片段的基本原理和方法，琼脂糖凝胶电泳技术的原理和方法。 DNA 的纯化与浓缩，DNA 片段的化学合成，DNA 片段的连接。 时 间 教学组织 教学方法 8 学时 第一节 DNA 的组成和结构 一、DNA 的组成. 1．组成元素 2．基本单位 3．化学结构 二、DNA 的空间结构 规则的双螺旋结构 1．空间结构 A－DNA 的结构 B－DNA 的结构 2．碱基互补配对原则 3．DNA 分子的特点 三、DNA 复制起始位点和复制子的结构 1．复制的基本机理 2．复制起始位点 3．复制子及复制子的结构 4．复制的特点 四、DNA 的转录 启动子的定义 1． 启动子 启动子的基本结构 转录所需酶的种类 2．转 录 转录区的结构 转录的过程 第二节 天然 DNA 的制备 一、天然 DNA 的来源和用途. 1．天然 DNA 的来源 2．天然 DNA 的用途 二、天然 DNA 的提取 天然 DNA 的提取方法与原理 三、DNA 的纯化 四、DNA 的浓缩 DNA 浓度的测定方法 第三节 限制性核酸内切酶和 DNA 片段化 以理论讲 授为主； 配合课件 进行讲授 为辅；
、限制性核酸内切酶 定义 2.功能 、限制性核酸内切酶的类型及作用机制 限制性核酸内切酶的类型 2.限制性核酸内切酶的作用机制 限制性核酸内切酶命名规则及识别序列 1.限制性核酸内切酶的命名规则 2.限制性核酸内切酶的识别序列 四、限制性核酸内切酶切割DNA的位点 五、限制性核酸内切酶反应系统 第四节特异性DNMA片段的PR扩增 PCR基本原理 1.PCR扩增的定义 2.PCR扩增的基本原理 PCR扩增特异性DNA片段的主要条件 1.模板核酸 2.引物 3.缓冲液 5.三磷酸脱氧核苷酸(dNIP) 6.耐热DNA聚合酶 7.温度循环参数 1)变性温度与时间 2)复性温度与时间 3)延伸温度与时间 4)循环数 、PCR扩增DNA片段的方法 1.试剂 1)引物 2)耐热的DNA聚合酶 3)10×PCR缓冲液 4)5mmol/ L dNTP贮备液 5)DNA模板 2.基本反应步骤 PCR由变性一退火-延伸三个基本反应步骤构成 )模板DNA的变性 2)模板DNA与引物的退火(复性) 3)引物的延伸 四、常用的DNA片段PCR扩增系统 1.兼并引物( Degenerate Primer)PCR 2.套式引物( Nested Primer)PCR 3.复合PCR( Multiplex PCR) 4.反向PCR( Inverse PCR或 Reverse pcr)
一、限制性核酸内切酶 1． 定义 2． 功能 二、限制性核酸内切酶的类型及作用机制 1． 限制性核酸内切酶的类型 2．限制性核酸内切酶的作用机制 三、限制性核酸内切酶命名规则及识别序列 1． 限制性核酸内切酶的命名规则 2．限制性核酸内切酶的识别序列 四、限制性核酸内切酶切割 DNA 的位点 五、限制性核酸内切酶反应系统 第四节 特异性 DNA 片段的 PCR 扩增 一、PCR 基本原理 1． PCR 扩增的定义 2． PCR 扩增的基本原理 二、PCR 扩增特异性 DNA 片段的主要条件 1．模板核酸 2．引物 3．缓冲液 4．Mg2+ 5．三磷酸脱氧核苷酸（dNTP） 6．耐热 DNA 聚合酶 7．温度循环参数 1）变性温度与时间 2）复性温度与时间 3）延伸温度与时间 4）循环数 三、PCR 扩增 DNA 片段的方法 1．试剂 1）引物 2）耐热的 DNA 聚合酶 3）10×PCR 缓冲液 4）5mmol/L dNTP 贮备液 5）DNA 模板 2．基本反应步骤 PCR 由变性--退火--延伸三个基本反应步骤构成 1）模板 DNA 的变性 2）模板 DNA 与引物的退火(复性) 3）引物的延伸 四、常用的 DNA 片段 PCR 扩增系统 1．兼并引物（Degenerate Primer）PCR 2．套式引物（Nested Primer）PCR 3．复合 PCR（Multiplex PCR） 4．反向 PCR（Inverse PCR 或 Reverse PCR）
5.不对称PCR( Asymmetric PCR) 6.标记PCR( LP-PCR)和彩色PCR 7.加端PCR 8.锚定PCR或固定PCR 第五节DNA片段的化学合成 、苷酸片段的化学合成方法 1.原位合成 2.直接点样 化学方法合成的DNA片段 历史 2.基本原理 3.基本原料 4.合成步骤 第六节DNA片段大小的凝胶电泳检测 实验室中常用的电泳参数 1.琼脂糖凝胶电泳参数 2.非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳参数 3.脉冲场凝胶电泳参数 、DNA片段的连接及重组类型 DNA重组的概念及作用 2.DNA片段的连接重组 3.DNA连接酶 4.DNA片段之间的连接 5.DNA重组类型
5．不对称 PCR（Asymmetric PCR） 6．标记 PCR（LP-PCR）和彩色 PCR 7．加端 PCR 8．锚定 PCR 或固定 PCR 第五节 DNA 片段的化学合成 一、苷酸片段的化学合成方法 1．原位合成 2．直接点样 二、化学方法合成的 DNA 片段 1．历史 2．基本原理 3．基本原料 4．合成步骤 第六节 DNA 片段大小的凝胶电泳检测 一、实验室中常用的电泳参数 1. 琼脂糖凝胶电泳参数 2. 非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳参数 3. 脉冲场凝胶电泳参数 二、DNA 片段的连接及重组类型 1．DNA 重组的概念及作用 2．DNA 片段的连接重组 3．DNA 连接酶 4．DNA 片段之间的连接 5．DNA 重组类型
名称 第三章基因克隆的载体 使学生了解与构建克隆载体相关的质粒和λ噬菌体的性质:启动子 目的探针型克隆载体和诱导型表达克隆载体等特殊用途的克隆载体。掌握大肠 要求杆菌质粒克隆载体pBR2的构建熟练掌握构建噬菌体克隆载体的基 本策略,并了解其应用 重点 大肠杆菌质粒克隆载体pBR322的构建。构建λ噬菌体克隆载体的基 本策略及其应用。 难点 教学组织 教学方法 引言 6学时 分子克隆的载体 载体的定义 2.作为载体应该具备的基本条件 第一节质粒克隆载体 质粒定义与构型 定义 2.构型 质粒克隆载体的特性 1.具有独立复制起点 2.具有较小的相对分子质量 3.具有较高拷贝数 采用引导 4.具有选择性标记 式的教学 5.易于导入细胞 讲授法 6.具有安全性 并辅助多 构建质粒克隆载体时预处理的主要问题、基本策略和具|媒体课件 体实例 1.构建一种质粒载体时预处理的主要问题 2.质粒克隆载体构建的基本策略 3.以常用的pBR322为例说明载体构建的步骤 1)pBR322的定义 质粒载体的特点 质粒载体构建的步骤 质粒载体的优点 第二节病毒(噬菌体)克隆载体 、λ噬菌体克隆载体 1.关于入噬菌体的简介 2.λ噬菌体的构建 cosmid克隆载体 1. cosmid克隆载体的特征 2. cosmid克隆载体的构建 三、M13噬菌体克隆载体 1. M13 DNA
名 称 第三章 基因克隆的载体 目 的 要 求 使学生了解与构建克隆载体相关的质粒和 λ 噬菌体的性质；启动子 探针型克隆载体和诱导型表达克隆载体等特殊用途的克隆载体。掌握大肠 杆菌质粒克隆载体 pBR322 的构建。熟练掌握构建 λ 噬菌体克隆载体的基 本策略，并了解其应用。 重 点 难 点 大肠杆菌质粒克隆载体 pBR322 的构建。构建 λ 噬菌体克隆载体的基 本策略及其应用。 时 间 教学组织 教学方法 6 学时 引 言 一、分子克隆的载体 1．载体的定义 2．作为载体应该具备的基本条件 第一节 质粒克隆载体 一、质粒定义与构型 1．定义 2．构型 二、质粒克隆载体的特性 1． 具有独立复制起点 2．具有较小的相对分子质量 3．具有较高拷贝数 4．具有选择性标记 5．易于导入细胞 6．具有安全性 三、构建质粒克隆载体时预处理的主要问题、基本策略和具 体实例 1．构建一种质粒载体时预处理的主要问题 2．质粒克隆载体构建的基本策略 3．以常用的 pBR322 为例说明载体构建的步骤 1）pBR322 的定义 2) pBR322 质粒载体的特点 3）pBR322 质粒载体构建的步骤 4）pBR322 质粒载体的优点 第二节 病毒（噬菌体）克隆载体 一、λ 噬菌体克隆载体 1．关于 λ 噬菌体的简介 2．λ 噬菌体的构建 二、cosmid 克隆载体 1．cosmid 克隆载体的特征 2．cosmid 克隆载体的构建 三、M13 噬菌体克隆载体 1．M13 DNA 采用引导 式的教学 讲授法， 并辅助多 媒体课件
3DNA的复制和M13噬菌体的增殖 3.构建M13噬茵体克隆载体的策略和途径 4.M13克隆载体的应用 四、SV40克隆载体 1.SV40-DNA的复制和SV40的增殖 2.构建SV40克隆载体的基本策略和途径 1)取代型克隆载体 2)病毒一质粒重组克隆载体 五、反转录病毒克隆载体 1.定义 2.劳斯肉瘤病毒的生物学特性 3.构建RSV反转录病毒克隆载体的策略和途径 第三节染色体定位整合克隆载体 一、定位整合克隆载体的几种模式 1.内源平台双交换置换克隆载体 2.外源平台双交换置换克隆载体 3.内源平台双交换插入克隆载体 4.内源平台单交换插入克隆载体 、定位整合克隆载体 植物染色体定位整合克隆载体 2.动物染色体定位整合克隆载休 第四节人工染色体克隆载体 一、人工染色体克隆载体的含义和特点 1.含义 2.特点 、人工染色体克隆载体的构建 三、人工染色体克隆载体的应用 1.构建基因组文库 2.基因治疗 3.基因功能的鉴定 第五节特殊用途克隆载体 、启动子探针型克隆载体 1.启动子探针型克隆载体的定义 2.类型和相应内含简介 1)Kanr标记的启动子探针克隆载体。 2)gfp标记的启动子探针克隆载体。 3)hPh标记的启动于探针克隆载体。 4)Kanr标记的自动子探针克隆载体 诱导型表达克隆载体 1.诱导型表达克隆载体的定义 2.类型和相应内含简介 1)二价金属离子诱导表达克隆载体。 2)干旱诱导表达克隆载体 3)红光诱导表达克降载体
2．M13 DNA 的复制和 M13 噬菌体的增殖 3．构建 M13 噬茵体克隆载体的策略和途径 4．M13 克隆载体的应用 四、SV40 克隆载体 1．SV40－DNA 的复制和 SV40 的增殖 2．构建 SV40 克隆载体的基本策略和途径 1）取代型克隆载体 2）病毒－质粒重组克隆载体。 五、反转录病毒克隆载体 1．定义 2．劳斯肉瘤病毒的生物学特性 3．构建 RSV 反转录病毒克隆载体的策略和途径 第三节 染色体定位整合克隆载体 一、定位整合克隆载体的几种模式 1．内源平台双交换置换克隆载体 2．外源平台双交换置换克隆载体 3．内源平台双交换插入克隆载体 4．内源平台单交换插入克隆载体 二、定位整合克隆载体 1．植物染色体定位整合克隆载体 2．动物染色体定位整合克隆载休 第四节 人工染色体克隆载体 一、人工染色体克隆载体的含义和特点 1． 含义 2． 特点 二、人工染色体克隆载体的构建 三、人工染色体克隆载体的应用 1．构建基因组文库 2．基因治疗 3．基因功能的鉴定 第五节 特殊用途克隆载体 一、启动子探针型克隆载体 1．启动子探针型克隆载体的定义 2．类型和相应内含简介 1）Kanr 标记的启动子探针克隆载体。 2）gfp 标记的启动子探针克隆载体。 3）hPh 标记的启动于探针克隆载体。 4）Kanr 标记的自动子探针克隆载体。 二、诱导型表达克隆载体 1．诱导型表达克隆载体的定义 2．类型和相应内含简介 1）二价金属离子诱导表达克隆载体。 2）干旱诱导表达克隆载体。 3）红光诱导表达克降载体
、反义表达克隆载体 反义表达克隆载体 2.类型及相应内含简介 1)SOD基因反义表达更隆载体 2)NHEI基因反义表达克隆载体
三、反义表达克隆载体 1．反义表达克隆载体 2．类型及相应内含简介 1）SOD 基因反义表达更隆载体． 2）NHE1 基因反义表达克隆载体