本书为遗传学科学术型硕士研究生课程的配套教材。主要内容包括基因与基因组，基因与基因组学研究方法和技术，遗传标记与遗传性状的分析方法，DNA复制与基因表达，基因表达调控，基因突变、重组与修复，表观遗传，非编码RNA在基因表达调控中的作用，分子遗传与植物发育，分子遗传研究与农作物生产等。编者在编写过程中，总结了多年来的教学、科研和实践经验，参考了国内外有关资料，既有基础知识，也有最新的研究进展。本书注重理论联系实际、图文并茂、由浅入深，体现了遗传学科中分子遗传与表观遗传的科学性、系统性、前沿性，保持了农业院校应用的特色。
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第一章 绪论 1
一、分子遗传与表观遗传的含义 1
二、分子遗传和表观遗传的产生与发展 2
三、分子遗传与表观遗传在生产中的重要应用 3
主要参考文献 5
第二章 基因与基因组 6
第一节 基因概念的发展 6
一、孟德尔基因概念的早期探索 6
二、Johannsen基因概念的提出 6
三、摩尔根基因物质性的探索 7
四、基因化学本质的探索 7
五、Benzer基因结构的探索 7
六、基因控制性状的探索 8
七、基因传递遗传信息机制的探索 8
八、基因精细结构与分工的探索 9
九、新类型基因的发现 9
十、基因的现代概念 10
第二节 原核基因组与原核基因的分子结构 11
一、原核基因组 11
二、原核基因组的结构特点——以大肠杆菌为例 11
三、原核基因的结构 12
第三节 真核基因组与真核基因的分子结构 13
一、真核基因组 13
二、真核基因组的结构特点 13
三、真核蛋白质编码基因的结构 14
第四节 重复序列与重复基因 15
一、重复序列 15
二、重复基因 15
第五节 重叠基因 16
一、原核生物重叠基因的类型 16
二、真核生物重叠基因的类型 17
第六节 断裂基因 17
一、断裂基因的典型结构特征 17
二、可变剪接 18
第七节 转座子 18
一、转座子的类型 19
二、原核生物中的转座子 19
三、真核生物中的转座子 20
第八节 基因概念展望 20
主要参考文献 22
第三章 基因与基因组学研究方法和技术 23
第一节 基因组学 23
一、基因组学的概念与发展历程 23
二、基因组学的研究内容 23
三、基因组学的应用 24
第二节 测序技术 25
一、第一代测序技术 25
二、第二代测序技术 26
三、第三代测序技术 28
第三节 测序技术的应用 29
一、基因组 29
二、表观遗传组 33
三、转录组 35
四、蛋白质组 39
五、宏基因组 43
主要参考文献 48
第四章 遗传标记与遗传性状的分析方法 49
第一节 遗传标记简介 49
一、形态学标记 50
二、细胞学标记 50
三、生化标记 50
四、分子标记 51
第二节 DNA分子标记 51
一、基于DNA杂交的分子标记 52
二、基于PCR技术的分子标记 53
三、基于PCR技术和限制性酶切的分子标记 56
四、基于DNA芯片技术和测序技术开发的分子标记 58
第三节 遗传群体的构建 58
一、亲本的选配 58
二、遗传群体类型的选择 59
三、群体大小的确定 62
第四节 质量性状遗传分析方法 62
一、近等基因系分析法 63
二、分离体分组混合分析法 64
第五节 数量性状遗传分析方法 66
一、数量性状基因座定位原理 66
二、数量性状基因座定位方法 66
第六节 分子标记辅助选择及应用 69
一、分子标记辅助选择的种类 69
二、分子标记辅助选择的应用 73
主要参考文献 75
第五章 DNA复制与基因表达 77
第一节 中心法则 77
一、DNA的复制 77
二、RNA的合成 77
三、蛋白质的合成 77
第二节 DNA的复制 78
一、半保留复制 78
二、DNA复制的起始 79
三、DNA复制的延伸 80
四、DNA复制的终止 81
第三节 细胞周期调控 82
一、概述 82
二、细胞周期运行的调控 83
第四节 基因的转录 84
一、基因转录的一般特点 84
二、RNA聚合酶 85
第五节 mRNA指导蛋白质合成 87
一、真核生物前体mRNA的加工 88
二、蛋白质的合成 89
三、核糖体 91
四、肽链的合成 92
第六节 翻译后的修饰 97
一、蛋白质翻译后共价修饰 97
二、蛋白质分子的自我剪接 98
第七节 反转录现象及其应用 99
主要参考文献 99
第六章 基因表达调控 101
第一节 基因表达调控的基本模型 101
一、基因表达调控的主要表现方面 101
二、原核生物基因表达调控 102
三、真核生物基因表达调控 104
第二节 顺式作用元件与反式作用因子 105
一、顺式作用元件 105
二、反式作用因子 111
第三节 基因表达的分子调控 113
一、基因水平上的调控 114
二、转录水平上的调控 114
三、转录后水平上的调控 115
四、翻译水平上的调控 116
第四节 原核生物操纵子 117
一、乳糖操纵子 117
二、色氨酸操纵子 120
三、阿拉伯糖操纵子 121
四、半乳糖操纵子 121
第五节 σ多因子级联调控 122
一、σ因子的起源及作用 122
二、σ因子的基本结构 122
第六节 真核基因多因子调控 125
一、真核细胞中基因调控的特点 125
二、真核基因组构造特点 125
三、真核基因的启动子 125
四、增强子对转录的影响 126
五、转录复合体对转录的影响 126
六、真核基因的调控蛋白 126
第七节 真核基因的染色质调控 127
一、染色质结构 127
二、染色质互作与基因表达调控 129
第八节 hnRNA剪接加工对基因表达的调控和基因表达的转录后调控 130
一、hnRNA剪接加工对基因表达的调控 130
二、基因表达的转录后调控 131
第九节 真核基因协同调控的Davidson-Britten模型 132
第十节 真核生物基因转录激活的多位点协同调控 133
一、多个调控位点的协同激活 133
二、转录激活协同性的三种产生机制 134
第十一节 基因表达调控的研究方法 135
一、免疫沉淀法 135
二、RNA结合蛋白免疫沉淀技术 136
三、RNA-蛋白质pull-down技术 136
四、电泳迁移率实验 136
五、萤光素酶实验 137
六、生物信息学方法及生物芯片技术 137
主要参考文献 138
第七章 基因突变、重组与修复 139
第一节 基因突变 139
一、基因突变类型 139
二、突变的性质 140
第二节 自发突变 142
一、自发突变的特征 142
二、自发突变的引发原因 142
三、自发突变的应用 143
第三节 诱发突变 143
一、物理诱变 143
二、化学诱变 144
三、空间诱变 144
四、生物诱变 146
第四节 DNA突变损伤的修复 146
一、DNA突变损伤的因素 146
二、DNA突变损伤的主要形式 146
三、DNA损伤修复机制 147
第五节 基因的重组 148
一、基因重组的定义 148
二、基因重组的类型 148
第六节 基因编辑及其应用 150
一、基因编辑技术的原理 150
二、基因编辑技术的发展 150
三、CRISPR/Cas基因编辑系统在作物中的应用 153
第七节 人工诱变技术及其应用 154
主要参考文献 155
第八章 表观遗传 157
第一节 表观遗传概述 157
一、遗传学与表观遗传 157
二、表观遗传的界定 158
第二节 染色质结构 158
一、染色质纤维 158
二、常染色质和异染色质 159
三、常染色质和异染色质可以相互转化 160
四、常染色质与异染色质的区别 160
第三节 核小体 162
一、核小体结构 162
二、核小体定位 162
三、核小体定位图谱绘制 163
四、核小体定位与基因转录调控 165
第四节 DNA甲基化 168
一、DNA甲基化的建立 169
二、DNA去甲基化 172
第五节 组蛋白修饰 176
一、组蛋白的分类和性质 176
二、组蛋白修饰的种类 177
三、组蛋白变体概述 179
四、组蛋白修饰对基因表达的影响 179
第六节 基因组印记现象 181
一、基因印记的发现及定义 181
二、印记基因的鉴定 181
三、DNA甲基化参与基因印记的调控 182
四、哺乳动物中基因印记的动态变化 186
主要参考文献 187
第九章 非编码RNA在基因表达调控中的作用 189
第一节 RNA干扰对基因表达的转录后调控 189
一、RNAi作用机制 190
二、RNAi可能引发DNA的共价修饰 190
三、RNA干扰技术在害虫防治领域的研究 191
四、RNAi在生物技术和生物医学中的应用前景 191
第二节 microRNA 192
一、miRNA的生物合成 192
二、miRNA的作用机制 194
三、miRNA的功能研究 198
四、miRNA的预测与鉴定 201
五、miRNA的表达分析方法 202
六、miRNA靶基因的预测和鉴定 204
第三节 lncRNA 206
一、lncRNA的特点和分类 206
二、lncRNA的作用机制 206
三、植物lncRNA的研究进展 207
四、动物lncRNA的研究进展 207
五、人体中lncRNA的研究进展 208
六、lncRNA与表观遗传调控 208
主要参考文献 208
第十章 分子遗传与植物发育 210
第一节 植物发育的特点 210
第二节 植物胚胎和种子的发育 211
一、植物胚胎的发生 211
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