目錄
序
前言
第1章　植物生物技術(shù)概論 1
1.1　生物技術(shù)的前期基礎(chǔ) 1
1.1.1　蛋白質(zhì)的發(fā)現(xiàn) 1
1.1.2　經(jīng)典遺傳學(xué) 2
1.1.3　噬菌體的發(fā)現(xiàn) 3
1.1.4　輻射引起的染色體變異 4
1.2　現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展 5
1.2.1　DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的提出 5
1.2.2　Sanger和蛋白質(zhì)、DNA的測序 7
1.2.3　限制性內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用 8
1.2.4　Taq聚合酶和聚合酶鏈反應(yīng)（PCR） 10
1.2.5　miRNA的發(fā)現(xiàn)及其意義 12
1.2.6　基因組組裝和基因組圖譜的繪制 14
1.3　植物生物技術(shù)與作物育種 16
1.3.1　植物組織培養(yǎng) 16
1.3.2　植物誘變育種與TILLING技術(shù) 17
1.3.3　植物體細(xì)胞融合技術(shù) 20
1.3.4　植物基因組的多倍化與雙單倍體（DH）技術(shù) 21
1.4　轉(zhuǎn)基因、基因編輯和植物的遺傳轉(zhuǎn)化 23
1.4.1　GMO和轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn) 23
1.4.2　基因編輯技術(shù)的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用 24
1.4.3　植物的遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù) 25
1.5　合成生物技術(shù)的發(fā)展 28
1.5.1　合成生物技術(shù)的發(fā)展軌跡 29
1.5.2　合成生物技術(shù)的類別 30
1.5.3　合成生物技術(shù)的應(yīng)用 31
1.5.4　合成生物技術(shù)帶來的安全和倫理問題 34
1.5.5　我國生命科學(xué)界對(duì)合成生物技術(shù)的基本態(tài)度 35
1.6　參考文獻(xiàn) 35
第2章　植物細(xì)胞生物技術(shù) 38
2.1　植物細(xì)胞生物技術(shù)的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ) 38
2.1.1　植物細(xì)胞壁與胞間連絲 38
2.1.2　葉綠體與線粒體 41
2.1.3　液泡和細(xì)胞質(zhì) 43
2.1.4　細(xì)胞核、核膜與核孔 43
2.1.5　內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與膜系統(tǒng) 44
2.1.6　細(xì)胞骨架 45
2.1.7　植物細(xì)胞的生長、分化與衰老 45
2.1.8　植物的發(fā)育與生長周期 48
2.1.9　植物的生殖生長 50
2.2　植物細(xì)胞的顯微成像技術(shù) 61
2.2.1　普通光學(xué)顯微鏡技術(shù) 61
2.2.2　體視顯微鏡技術(shù) 63
2.2.3　透射電子顯微鏡技術(shù) 65
2.2.4　掃描電子顯微鏡技術(shù) 67
2.2.5　激光掃描共聚焦顯微鏡技術(shù) 69
2.3　標(biāo)記技術(shù)在顯微成像中的應(yīng)用 76
2.3.1　熒光原位雜交技術(shù) 76
2.3.2　報(bào)告基因在顯微成像中的作用 78
2.3.3　雙分子熒光互補(bǔ)法研究蛋白質(zhì)互作 82
2.3.4　細(xì)胞器的細(xì)胞學(xué)水平定位體系 84
2.4　單細(xì)胞測序技術(shù) 86
2.4.1　單細(xì)胞測序技術(shù)平臺(tái) 86
2.4.2　植物scRNA-seq技術(shù)的發(fā)展 87
2.4.3　植物根部scRNA-seq的分析 89
2.4.4　植物地上部scRNA-seq的分析 92
2.4.5　植物單細(xì)胞測序的困難和挑戰(zhàn) 93
2.5　參考文獻(xiàn) 95
第3章　植物組織培養(yǎng) 97
3.1　植物離體培養(yǎng)的培養(yǎng)基 98
3.1.1　培養(yǎng)基的基本成分及其作用 98
3.1.2　培養(yǎng)基配制 106
3.1.3　培養(yǎng)基滅菌 107
3.2　植物組織器官培養(yǎng) 108
3.2.1　愈傷組織誘導(dǎo)培養(yǎng) 108
3.2.2　胚胎培養(yǎng) 111
3.2.3　外植體離體再生途徑 113
3.3　植物單倍體培養(yǎng) 115
3.3.1　單倍體來源 115
3.3.2　單倍體培養(yǎng)的意義 116
3.3.3　小孢子和花藥培養(yǎng) 117
3.4　植物原生質(zhì)體培養(yǎng)及體細(xì)胞雜交 123
3.4.1　原生質(zhì)體研究的發(fā)展及應(yīng)用 123
3.4.2　原生質(zhì)體分離和純化 124
3.4.3　原生質(zhì)體培養(yǎng)及植株再生 125
3.4.4　原生質(zhì)體融合與遺傳育種 127
3.4.5　植物原生質(zhì)體融合方法與融合方式 129
3.4.6　體細(xì)胞雜種的篩選與鑒定 132
3.4.7　體細(xì)胞雜種的遺傳分析 134
3.4.8　植物原生質(zhì)體融合與遺傳改良 136
3.5　植物脫毒苗培養(yǎng) 138
3.5.1　植物脫毒的基本原理 138
3.5.2　植物脫毒的技術(shù)規(guī)程 139
3.5.3　影響脫毒效果的因素 140
3.5.4　操作實(shí)例 141
3.5.5　植物病毒鑒定與檢測技術(shù) 143
3.6　植物體細(xì)胞無性系變異及應(yīng)用 144
3.6.1　體細(xì)胞無性系變異的來源 144
3.6.2　體細(xì)胞無性系變異表現(xiàn)及其遺傳學(xué)基礎(chǔ) 145
3.6.3　體細(xì)胞無性系變異的檢測 147
3.7　參考文獻(xiàn) 148
第４章　植物基因的表達(dá)與基因編碼產(chǎn)物 151
4.1　基因組、基因及分子生物技術(shù)的中心法則 151
4.1.1　植物基因組簡介 151
4.1.2　基因組DNA的結(jié)構(gòu)與組成 152
4.1.3　DNA的調(diào)節(jié)元件和轉(zhuǎn)錄 154
4.1.4　RNA的種類與加工 158
4.1.5　蛋白質(zhì)的翻譯、譯后加工和定位 160
4.1.6　基因組的表觀遺傳修飾 165
4.2　DNA層面的檢測技術(shù) 169
4.2.1　全基因組測序技術(shù) 169
4.2.2　蛋白質(zhì)-DNA相互作用檢測手段 170
4.2.3　染色體構(gòu)象捕獲技術(shù) 172
4.3　RNA水平基因表達(dá)的檢測 173
4.3.1　RNA印跡（Northern blot） 173
4.3.2　RT-PCR與RT-qPCR 174
4.3.3　報(bào)告基因的表達(dá) 176
4.3.4　RNA原位雜交 176
4.4　蛋白質(zhì)水平的檢測技術(shù) 178
4.4.1　蛋白質(zhì)免疫印跡（Western blot） 178
4.4.2　免疫金標(biāo)記和免疫組織化學(xué) 179
4.4.3　蛋白質(zhì)定位的動(dòng)態(tài)觀察 180
4.5　基因組表觀遺傳修飾的檢測 180
4.5.1　全基因組5mC/6mA DNA甲基化的檢測手段 180
4.5.2　組蛋白修飾的檢測手段 181
4.5.3　染色質(zhì)可及性檢測技術(shù) 182
4.6　轉(zhuǎn)錄組、翻譯組、蛋白質(zhì)組、代謝組的高通量檢測 183
4.6.1　轉(zhuǎn)錄組的高通量檢測技術(shù) 183
4.6.2　翻譯組的高通量檢測技術(shù) 184
4.6.3　蛋白質(zhì)組的高通量檢測技術(shù) 185
4.6.4　代謝組的高通量檢測技術(shù) 186
4.7　參考文獻(xiàn) 187
第5章　植物基因的克隆與DNA重組技術(shù) 189
5.1　基因片段的擴(kuò)增——PCR技術(shù) 189
5.1.1　基因的概念 189
5.1.2　PCR反應(yīng)的基本原理 191
5.1.3　基因片段的PCR擴(kuò)增 192
5.2　基因克隆與克隆載體 195
5.2.1　基因克隆 195
5.2.2　克隆載體 196
5.3　植物的遺傳轉(zhuǎn)化 204
5.3.1　植物遺傳轉(zhuǎn)化常用載體 204
5.3.2　植物遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)和方法 206
5.4　轉(zhuǎn)基因植物的分子檢測 209
5.4.1　外源基因整合的分子檢測 209
5.4.2　外源基因的表達(dá)檢測 214
5.4.3　轉(zhuǎn)基因植物檢測存在的問題 217
5.5　植物目的基因的鑒定與克隆 218
5.5.1　基于已知序列的基因克隆方法 218
5.5.2　基于分子標(biāo)記連鎖圖譜的基因克隆方法 220
5.5.3　基于人工突變體的基因克隆方法 222
5.5.4　基于表達(dá)差異的基因克隆方法 222
5.5.5　基于蛋白質(zhì)分子互作的基因克隆方法 225
5.6　增強(qiáng)子的鑒定與功能驗(yàn)證 228
5.6.1　增強(qiáng)子的概念 228
5.6.2　增強(qiáng)子的特征 229
5.6.3　增強(qiáng)子的鑒定方法 230
5.6.4　超級(jí)增強(qiáng)子 233
5.6.5　增強(qiáng)子的功能研究 235
5.7　參考文獻(xiàn) 235
第6章　植物基因編輯技術(shù) 238
6.1　基因編輯技術(shù)的發(fā)展與種類 238
6.1.1　巨型核酸酶（meganuclease）技術(shù) 239
6.1.2　鋅指核酸酶（ZFN）技術(shù) 241
6.1.3　轉(zhuǎn)錄激活樣效應(yīng)因子核酸酶（TALEN）技術(shù) 242
6.1.4　CRISPR/Cas9技術(shù) 243
6.2　基因編輯的一般操作步驟 245
6.2.1　基于靶序列選擇合適的核酸酶 246
6.2.2　構(gòu)建基因編輯分子載體 246
6.2.3　原生質(zhì)體驗(yàn)證載體活性 251
6.2.4　基因編輯分子載體轉(zhuǎn)化植物細(xì)胞或組織 251
6.2.5　植物組織培養(yǎng)獲得基因編輯再生苗 252
6.2.6　篩選并鑒定基因編輯陽性植株 253
6.3　基因編輯導(dǎo)致的植物基因組修飾 254
6.3.1　雙鏈斷裂介導(dǎo)的隨機(jī)位點(diǎn)突變 254
6.3.2　堿基編輯系統(tǒng)介導(dǎo)的堿基突變 254
6.3.3　引物編輯系統(tǒng)介導(dǎo)的片段突變 256
6.4　基因編輯與下一代作物育種技術(shù) 258
6.4.1　定向誘變與精準(zhǔn)育種 260
6.4.2　多位點(diǎn)編輯與性狀的聚合 262
6.4.3　QTL的編輯 264
6.4.4　從頭（de novo）馴化 267
6.4.5　單倍體誘導(dǎo)與人工無融合生殖 272
6.5　挑戰(zhàn)與未來展望 274
6.5.1　挑戰(zhàn) 274
6.5.2　育種技術(shù)發(fā)展 275
6.5.3　未來展望 277
6.6　參考文獻(xiàn) 278
第7章　植物生物技術(shù)在作物育種上的應(yīng)用 281
7.1　分子標(biāo)記輔助育種 281
7.1.1　各類分子標(biāo)記的特性 282
7.1.2　遺傳圖譜構(gòu)建 290
7.1.3　基因定位 292
7.1.4　分子標(biāo)記輔助選擇育種 309
7.2　TILLING技術(shù)與誘變育種 304
7.2.1　TILLING技術(shù)原理及技術(shù)改進(jìn) 304
7.2.2　TILLING技術(shù)特點(diǎn) 308
7.2.3　TILLING技術(shù)的應(yīng)用 309
7.2.4　TILLING技術(shù)發(fā)展趨勢與前景 310
7.3　關(guān)聯(lián)分析 310
7.3.1　連鎖不平衡 311
7.3.2　關(guān)聯(lián)分析的步驟和基本方法 313
7.3.3　關(guān)聯(lián)定位與連鎖定位的整合 318
7.3.4　全基因組選擇育種 320
7.4　轉(zhuǎn)基因技術(shù)與作物改良 321
7.4.1　轉(zhuǎn)基因培育高產(chǎn)作物 321
7.4.2　轉(zhuǎn)基因培育優(yōu)質(zhì)作物 324
7.4.3　轉(zhuǎn)基因培育高抗作物 327
7.4.4　全球轉(zhuǎn)基因作物生產(chǎn)現(xiàn)狀 330
7.5　參考文獻(xiàn) 335