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第一章 绪论 1

第一节 微生物遗传育种学的发展史 1

一、微生物遗传育种学的奠基阶段 1

二、微生物遗传育种学的形成阶段 1

三、微生物遗传育种学的发展阶段 3

四、微生物遗传育种学的研究内容及意义 4

第二节 微生物细胞的基本结构 6

一、病毒的基本结构 6

二、原核生物细胞的基本结构 6

三、真核微生物细胞的基本结构 8

第三节 微生物的遗传物质 9

一、DNA的基本结构 9

二、DNA的复制 11

三、DNA的基本性质 12

四、DNA的变性、复性和杂交 12

五、RNA的基本结构和功能 13

思考题 13

第二章 微生物基因组的结构与功能 14

第一节 微生物的基因和基因组 14

一、基因与基因组的概念 14

二、基因与基因组学 15

三、互补测验和顺反子概念 16

四、操纵子学说与基因家族 17

五、外显子与内含子 17

六、重叠基因与转座基因 18

第二节 原核生物的染色体及其复制 21

一、原核生物染色体的基本特征 21

二、细菌染色体的结构 21

三、细菌染色体的复制 22

第三节 原核生物的基因与基因组 24

一、大肠杆菌的基因组 24

二、原核生物的拟核结构 25

三、细菌的质粒 25

第四节 病毒的基因与基因组 26

一、病毒基因组的结构 26

二、反转录病毒基因组的结构与功能 26

三、反转录病毒的特征与遗传 27

四、T4噬菌体的基本特征与遗传 28

五、λ噬菌体的遗传特征 29

第五节 真核生物染色体的基本结构和复制 30

一、真核生物染色体的基本结构 30

二、常染色质和异染色质 33

三、真核生物染色体的复制 33

第六节 真核生物的基因与基因组 35

一、真核生物基因组的大小 35

二、真核生物DNA的复性 37

三、真核生物染色体上的单一序列及重复序列 38

四、卫星DNA 39

五、基因家族与基因簇 40

六、真核生物的割裂基因 40

七、串联重复序列 42

思考题 42

第三章 微生物基因表达的调控 44

第一节 微生物基因表达调控概述 44

一、微生物基因调控的类型 45

二、微生物基因调控的主要特点 46

第二节 操纵子 47

一、操纵子模型的提出 47

二、操纵子的基本结构 47

三、操纵子类型 47

第三节 乳糖操纵子 48

一、乳糖操纵子基本结构 48

二、乳糖操纵子负控诱导模式 49

三、乳糖操纵子的正调控模式 50

四、其他调控模式 52

五、乳糖操纵子的本底水平表达 52

六、阻遏蛋白与激活物 53

七、诱导物与辅阻遏物 54

八、阻遏蛋白与操纵子DNA的作用机制 54

第四节 其他操纵子及其调控模式 55

一、半乳糖操纵子——具有双启动子 55

二、阿拉伯糖操纵子 56

三、色氨酸操纵子——负控阻遏 58

四、含多启动子的操纵子 61

五、细菌的应急反应 62

第五节 微生物基因的转录 62

一、特定的DNA结构 62

二、RNA聚合酶 64

三、转录过程 67

第六节 转录水平上的调控 73

一、启动子的结构决定了转录起始的基准水平 73

二、σ因子与转录起始调控 73

三、转录终止调控——抗终止和弱化调控 74

四、组蛋白类似蛋白的调控 76

五、转录调控因子的作用 76

六、增强元件的调控 76

七、转录的抑制 76

第七节 转录后及翻译水平的调控 77

一、重叠基因对翻译的影响 77

二、严紧反应 77

三、反义RNA对翻译的调控 78

四、mRNA结构对翻译起始的调节（SD序列与翻译起始效率） 79

五、mRNA的稳定性对基因表达的调控 80

六、核糖体蛋白合成的自体调控 80

七、调节 蛋白的调控作用 81

八、稀有密码子对翻译的影响 81

九、翻译的阻遏 81

十、核开关 81

十一、噬菌体基因组表达的时序调控 82

十二、原核生物的全局调控-群体感应 84

第八节 真核微生物基因表达的调控 85

一、真核微生物基因表达调控的特点 85

二、真核微生物基因转录调控机制 86

三、染色体水平的调控 90

四、转录后水平的调控 92

五、翻译和翻译后水平的调控 92

第九节 蛋白质的运输和分泌 95

一、信号肽假说 95

二、细菌蛋白质的运送和分泌 96

三、酵母蛋白质的运送和分泌 100

思考题 101

第四章 细菌的遗传和基因重组 103

第一节 基因的转化现象 103

一、转化的发现 103

二、转化的本质 103

三、利用转化绘制遗传图 105

第二节 细菌的质粒 106

一、质粒的发现 106

二、质粒的命名原则 106

三、质粒编码的遗传表型 106

四、质粒的复制和调控 108

五、质粒的不亲和性 111

六、质粒的可转移性 112

七、质粒不稳定性 112

八、质粒的检测与获得 113

第三节 细菌的接合作用 115

一、接合现象的发现 115

二、F质粒与接合作用的关系 116

三、F质粒的结构 118

四、中断杂交和基因定位 118

五、其他细菌中的接合现象 119

第四节 细菌的转导现象 119

一、细菌转导的发现 119

二、转导与噬菌体的关系 120

三、普遍性转导 121

四、局限性转导 122

五、转导在遗传学研究中的应用 123

思考题 124

第五章 酵母菌的遗传和基因重组 125

第一节 概述 125

一、酵母菌的基本特征 125

二、具有重要应用价值的酵母菌 125

第二节 酵母菌的遗传物质和遗传操作方法 126

一、染色体组织结构 126

二、染色体外DNA 126

三、酿酒酵母遗传操作方法 127

四、酿酒酵母之外酵母中外源蛋白的表达 129

第三节 酵母线粒体基因组及其遗传 131

一、呼吸缺陷突变株 131

二、酵母线粒体基因组的物理图谱及其特点 131

第四节 酵母基因表达的调控 131

一、酵母基因的启动子元件 131

二、酵母的转录调控因子 132

第五节 酵母菌诱导和阻遏分子机制 134

一、葡萄糖阻遏的分子机制 134

二、磷脂酰肌醇类信号转导与葡萄糖阻遏的可能关系 135

三、葡萄糖解阻遏与酵母菌酶的合成和调控 135

四、在铁载体合成过程中阻遏机制的研究 136

五、氮阻遏机制的研究现状 137

六、诱导机制的研究现状 138

思考题 139

第六章 放线菌的遗传和基因重组 140

第一节 链霉菌的染色体 140

一、DNA的碱基组成 140

二、链霉菌的染色体DNA 140

三、链霉菌染色体的缺失、扩增和重排 140

第二节 链霉菌中的质粒、转座因子和噬菌体 142

一、链霉菌中的质粒 142

二、链霉菌中的转座因子 145

三、链霉菌中的噬菌体 146

第三节 链霉菌的接合作用 146

一、链霉菌基因重组的发现 146

二、天蓝色链霉菌中的性别体制和遗传重组 147

三、链霉菌遗传分析方法和基因连锁图的制作 150

四、链霉菌与大肠杆菌之间的接合作用 154

第四节 链霉菌的原生质体融合和转化 154

一、原生质体融合 154

二、转化和转染 154

思考题 155

第七章 丝状真菌的遗传和基因重组 156

第一节 丝状真菌的遗传物质和基因表达调控 156

一、丝状真菌的遗传物质 156

二、丝状真菌的基因结构 157

三、基因表达的调控 157

第二节 丝状真菌中的质粒 158

一、质粒的类型和特征 158

二、丝状真菌中的天然质粒及其分布 159

三、质粒的遗传 160

四、质粒整合到mtDNA 160

第三节 丝状真菌的转化 160

一、外源DNA导入丝状真菌的方法 160

二、载体及其选择标记 161

三、丝状真菌转化子的表达及其稳定性 161

第四节 粗糙脉孢菌的遗传分析 162

一、粗糙脉孢菌的生活史 162

二、粗糙脉孢菌有性杂交的四分体遗传分析 162

三、粗糙脉孢菌有性杂交的随机孢子分析 165

第五节 构巢曲霉的遗传分析 166

一、构巢曲霉的生活史 166

二、构巢曲霉有性杂交的遗传分析 166

第六节 真菌的准性生殖 167

一、准性生殖的普遍性 167

二、准性生殖过程 168

思考题 170

第八章 基因突变及传统微生物育种 171

第一节 基因突变的类型 171

一、自发突变和诱发突变 171

二、基因突变及染色体畸变 171

三、显性突变及隐性突变 171

四、基因突变及突变型 171

五、条件突变及非条件突变 172

六、功能缺失型突变及功能获得型突变 172

七、回复突变及抑制突变 172

第二节 基因突变的分子机制 173

一、碱基置换 173

二、插入和缺失突变 173

三、移码突变 173

第三节 基因突变的诱发因素 174

一、基因突变的生物诱发因素 174

二、基因突变的物理诱发因素 175

三、基因突变的化学诱发因素 176

四、诱变剂及诱变剂检测 178

第四节 基因突变的修复及修复机制 180

一、DNA的光修复 180

二、DNA的切除修复 181

三、DNA的错配修复 182

四、DNA的重组修复 183

五、SOS修复及双链断裂修复 184

第五节 诱变育种及突变体获得 187

一、诱变育种的基本方法与步骤 187

二、突变体的常规分离与筛选 189

三、营养缺陷型的分离与筛选 190

四、噬菌体抗性突变株的分离与筛选 191

五、温敏突变株的分离与筛选 192

六、转座子标签突变体 192

七、突变体库的饱和度分析 193

八、突变体位点的检测 194

第六节 微生物代谢控制育种 194

一、初级代谢及次级代谢 194

二、初级代谢的调节控制 195

三、酶合成调节及酶活性调节的概念 196

四、反馈抑制与反馈阻遏的比较 197

五、次级代谢的调节控制 197

六、次级代谢产物的诱导调节 197

七、次级代谢产物的碳源分解调节 197

八、次级代谢产物的氮源分解调节 198

九、次级代谢产物的磷酸盐调节 198

十、次级代谢产物的细胞膜透性调节 198

十一、次级代谢产物的反馈调节 198

十二、组成型突变株的选育 199

十三、抗分解调节突变株的选育 199

十四、抗反馈调节 突变株的选育 201

十五、营养缺陷型在代谢调节育种中的应用 203

十六、细胞膜透性突变株的选育及在代谢调节育种中的应用 204

第七节 微生物杂交育种 204

一、细菌杂交育种的基本过程 205

二、杂交亲本和培养基的选择 205

三、杂交亲本的遗传标记 205

四、细菌杂交育种的方法 205

五、放线菌的杂交育种原理和方法 205

六、酵母菌的杂交育种 207

七、霉菌的杂交育种 207

八、高产重组子的筛选 207

思考题 208

第九章 微生物原生质体融合育种 209

第一节 微生物原生质体融合育种概述 209

一、原生质体融合育种的基本原理 209

二、原生质体融合育种的基本方法 210

第二节 细菌原生质体融合育种 216

一、概述 216

二、细菌原生质体融合育种方法 217

三、细菌原生质体融合实例 218

第三节 放线菌原生质体融合育种 219

一、放线菌结构细胞 219

二、放线菌的繁殖方式 219

三、放线菌原生质体融合育种的基本方法 220

四、放线菌原生质体融合体的检出和鉴定 221

第四节 酵母菌和霉菌原生质体融合育种 222

一、酵母菌细胞壁结构和繁殖方式 222

二、酵母菌原生质体融合育种的基本方法 222

三、霉菌原生质体融合育种的基本方法 224

思考题 227

第十章 基因工程育种技术 228

第一节 概述 228

一、重组DNA技术基本原理 228

二、重组DNA技术的基本流程 228

第二节 重组DNA中常用的载体 228

一、作为载体的基本要求及载体类型 228

二、克隆载体 229

三、表达载体 234

四、穿梭质粒载体 239

五、人工染色体 239

六、其他载体 240

第三节 重组DNA中常用的工具酶 241

一、限制性内切核酸酶 241

二、DNA连接酶 243

三、DNA聚合酶 245

四、反转录酶 247

五、碱性磷酸酶 248

六、末端转移酶 248

七、依赖于DNA的RNA聚合酶 249

八、S1核酸酶、BAL31核酸酶 249

九、大肠杆菌外切核酸酶Ⅲ 250

十、其他核酸酶 250

第四节 克隆载体的宿主 251

一、宿主的基本要求及性质 251

二、原核生物的宿主 251

三、真核微生物的宿主 252

第五节 外源DNA制备 253

一、质粒DNA的提取与分离 253

二、染色体DNA的提取与分离 253

三、RNA的提取与分离 254

四、核酸的定量测定 255

第六节 目的基因的获得 255

一、基因文库法 255

二、cDNA文库法 256

三、化学合成法 257

四、PCR法扩增目的基因 257

第七节 PCR技术 258

一、PCR技术的基本原理 258

二、PCR技术的特点 258

三、PCR的反应体系 259

四、PCR反应的影响因素 261

五、PCR技术的基本操作 262

六、扩增产物的分析与检测 262

七、PCR技术的扩展 264

第八节 体外克隆 266

一、分子克隆的基本步骤及研究内容 266

二、基因克隆的一般方法 267

三、克隆筛选与鉴定 268

四、影响连接反应的因素 269

第九节 重组DNA的导入 270

一、感受态细胞的制备 270

二、外源基因导入原核细胞的方法 271

三、外源基因导入真核细胞的方法 272

四、基因转移所用的病毒载体 273

第十节 重组DNA的筛选和鉴定 273

一、抗生素平板法 273

二、插入失活法 274

三、插入表达法 274

四、限制性内切核酸酶分析法 274

五、原位杂交法 274

六、PCR鉴定法 275

七、原位放射免疫法 275

第十一节 分子杂交和印迹技术 276

一、核酸分子杂交的基本原理 276

二、DNA的变性、复性及杂交 276

三、核酸探针 277

四、核酸杂交方法 278

五、常用印迹杂交方法 278

第十二节 基因的表达 280

一、影响外源基因表达的因素 280

二、外源基因在原核细胞中的表达系统 280

三、外源基因在真核细胞中的表达系统 282

四、差减杂交法 283

五、mRNA差异显示和限制酶酶切片段差异显示 284

六、基因表达快速分析技术 285

七、基因组表达连续分析技术 286

八、微阵列技术 287

思考题 288

第十一章 蛋白质（酶）工程及基因组改组 289

第一节 概述 289

第二节 理性设计 290

一、寡聚核苷酸定点诱变的原理 290

二、寡聚核苷酸定点诱变的方法 291

三、寡聚核苷酸定点诱变方法的改进 291

四、PCR介导的定点突变的原理和方法 291

五、重叠延伸PCR技术 291

六、大引物PCR定点突变法 292

七、盒式突变 292

第三节 非理性设计 292

一、蛋白质分子定向进化简介 293

二、蛋白质分子定向进化的原理 293

三、蛋白质分子定向进化的策略 293

第四节 定向进化基因文库高通量筛选方法 299

一、常用的仪器和设备 299

二、常用的数据分析软件 302

三、常用的高通量筛选方法 303

四、各种展示技术 306

第五节 基因组改组育种的原理、策略及其应用实例 307

一、基因组改组育种的原理 307

二、基因组改组育种的程序及策略 308

三、基因组改组技术的应用实例 309

思考题 310

主要参考文献 311