全書共17章，從內容上可以分為兩大部分。第一部分包括第1～13章，主要介紹DNA復制、RNA轉錄、蛋白質翻譯和基因表達調控等分子生物學的基本原理，屬于基礎分子生物學。第二部分包括第14～17章，主要介紹近年來分子生物學的發(fā)展，如基因組學、轉錄物組學、蛋白質組學和基因編輯技術等，屬于現(xiàn)代分子生物學。通過這樣的安排，同學們在掌握基礎分子生物學的基礎上，能夠緊跟當今分子生物學的最新進展，做到與時俱進。為了方便線上學習，本書將大量的課后拓展內容、科學家小故事、視頻課程、思維導圖、課程思政等放入線上平臺，同學們可以通過掃描相應章節(jié)的二維碼來訪問和學習。
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2007年博士畢業(yè)于中國科學院動物研究所；2007~2009年在美國康奈爾大學做博士后研究主持4個國家自然科學基金項目及多個省市級科研項目
目錄
序言
前言
第1章 緒論 1
1.1 分子生物學概述 1
1.1.1 什么是分子生物學？ 1
1.1.2 分子生物學的主要研究內容 2
1.1.3 分子生物學研究的共性 2
1.1.4 分子生物學與其他學科之間的聯(lián)系 2
1.2 分子生物學發(fā)展簡史 3
1.2.1 分子生物學的萌芽階段 3
1.2.2 分子生物學的理論形成階段 4
1.2.3 分子生物學的發(fā)展階段 7
1.2.4 現(xiàn)代分子生物學階段 8
1.3 展望分子生物學的未來 10
1.3.1 DNA存儲 10
1.3.2 基因編輯與醫(yī)學 10
1.3.3 合成生物學 10
第2章 DNA與染色體 13
2.1 生命的遺傳物質 13
2.1.1 遺傳物質的發(fā)現(xiàn) 13
2.1.2 RNA 也是遺傳物質 14
2.2 DNA 的結構 16
2.2.1 DNA 一級結構 16
2.2.2 DNA 二級結構 16
2.2.3 DNA 的高級結構 22
2.3 染色體與基因組 23
2.3.1 染色體 23
2.3.2 基因組 26
2.3.3 基因組圖譜 30
2.4 DNA變性與復性 31
2.4.1 DNA變性 31
2.4.2 DNA復性 32
2.5 DNA與基因 32
2.5.1 經典的基因概念 33
2.5.2 擬等位基因 33
2.5.3 順反子 34
2.5.4 現(xiàn)代基因的概念 35
第3章 DNA的復制 37
3.1 DNA復制的基本特征 37
3.1.1 DNA的半保留復制 37
3.1.2 DNA復制方向為5′→3′ 38
3.1.3 DNA分子的半不連續(xù)復制 39
3.1.4 DNA復制的起點和方向 40
3.1.5 DNA新鏈的起始需要RNA引物 41
3.1.6 DNA復制的模式 42
3.1.7 DNA聚合酶及其作用機制 43
3.2 DNA復制的過程 46
3.2.1 DNA復制的起始 46
3.2.2 參與DNA復制的蛋白質及其功能 47
3.2.3 DNA復制體的結構與復制的“長號模型” 50
3.2.4 岡崎片段的加工連接 51
3.2.5 DNA復制的終止 51
3.2.6 結束復制 52
3.3 DNA末端復制問題 52
3.3.1 共聯(lián)體 52
3.3.2 用蛋白質作為引物 53
3.3.3 端粒的復制 53
3.4 DNA復制的調控 55
3.4.1 甲基化對DNA復制起始的調控 55
3.4.2 RNA轉錄對DNA復制的調控 55
3.4.3 細胞周期對DNA復制的影響 56
第4章 DNA的突變與修復 59
4.1 DNA 損傷 59
4.1.1 DNA 的自發(fā)性損傷 59
4.1.2 物理因素引起的損傷 62
4.1.3 化學因素引起的損傷 64
4.2 DNA損傷與突變 65
4.2.1 根據DNA堿基序列改變進行分類 65
4.2.2 根據突變原進行分類 66
4.3 DNA損傷的修復 66
4.3.1 錯配修復 66
4.3.2 切除修復 68
4.3.3 重組修復 69
第5章 DNA的轉座 73
5.1 轉座現(xiàn)象與轉座子 73
5.2 轉座子的分類、特征及轉座機制 73
5.2.1 原核生物的轉座子 76
5.2.2 真核生物的轉座子 81
5.3 轉座的遺傳效應 87
5.4 轉座子的應用 87
第6章 RNA轉錄過程 90
6.1 轉錄的基本概念及特征 90
6.1.1 轉錄的基本概念 90
6.1.2 轉錄的特征 90
6.2 原核生物RNA 的轉錄 91
6.2.1 原核生物的轉錄酶和啟動子 91
6.2.2 轉錄的過程 95
6.3 真核生物RNA的轉錄 100
6.3.1 真核生物的轉錄酶 100
6.3.2 真核生物的啟動子和調控元件 102
6.3.3 真核生物RNA轉錄的過程 106
6.3.4 順式作用元件與反式作用因子 109
第7章 RNA的加工 115
7.1 RNA初始轉錄產物的特征 115
7.1.1 mRNA初始轉錄產物 115
7.1.2 rRNA初始轉錄產物 116
7.1.3 tRNA初始轉錄產物 116
7.2 RNA加工的主要形式 117
7.3 RNA加帽 117
7.3.1 不同類型的RNA帽子 118
7.3.2 RNA加帽的過程 118
7.3.3 RNA加帽的生物學功能 119
7.4 RNA 3′端多腺苷酸化 121
7.4.1 RNA加尾現(xiàn)象 121
7.4.2 RNA加尾信號 121
7.4.3 加尾的過程 122
7.4.4 RNA加尾的生物學功能 122
7.5 內含子的剪接 124
7.5.1 Ⅰ型內含子及其自我剪接 125
7.5.2 Ⅱ型內含子及其剪接 127
7.5.3 Ⅲ型內含子 128
7.5.4 pre-mRNA的內含子剪接 128
7.5.5 tRNA前體內含子的剪接和加工 136
7.6 RNA編輯 137
7.6.1 替代編輯 137
7.6.2 插入/刪除編輯 138
第8章 蛋白質翻譯過程 142
8.1 蛋白質合成的裝置 142
8.1.1 mRNA的結構與功能 142
8.1.2 tRNA的結構與功能 147
8.1.3 氨酰tRNA合成酶的結構與功能 149
8.1.4 核糖體的結構與功能 151
8.2 蛋白質翻譯的過程 155
8.2.1 翻譯的起始 155
8.2.2 翻譯的延伸 161
8.2.3 翻譯的終止 166
第9章 染色體和DNA 水平的調控 172
9.1 染色體水平的調控——染色質修飾與重建 172
9.1.1 組蛋白乙�；c去乙�；� 173
9.1.2 組蛋白甲基化與去甲基化 174
9.1.3 染色質重塑有關的復合體SWI/SNF蛋白 175
9.2 DNA水平的調控 177
9.2.1 DNA重排與基因表達 177
9.2.2 DNA甲基化 180
9.2.3 基因丟失 182
9.2.4 基因擴增 182
第10章 RNA水平調控（上）——轉錄水平調控 185
10.1 原核生物的轉錄調控 186
10.1.1 操縱子的概念 186
10.1.2 乳糖操縱子的發(fā)現(xiàn) 186
10.1.3 原核生物的調控模型 188
10.1.4 乳糖利用操縱子 190
10.1.5 色氨酸操縱子 195
10.1.6 不利生長條件下的應急反應 198
10.1.7 操縱子調控綜合實例：λ噬菌體溶原和裂解途徑的調控 200
10.2 真核生物的轉錄調控 205
10.2.1 轉錄激活因子 206
10.2.2 轉錄抑制因子 207
10.2.3 外界信號控制轉錄因子的機制 208
10.2.4 信號整合與組合控制 209
10.2.5 RNA選擇性剪接 211
第11章 RNA水平調控（下）——轉錄后水平調控 217
11.1 反義RNA 218
11.1.1 反義RNA在原核生物基因表達調控中的作用 218
11.1.2 反義RNA在真核生物基因表達調控中的作用 218
11.2 RNA干擾 219
11.2.1 RNAi現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 219
11.2.2 RNAi的特征 219
11.2.3 RNAi的作用機制 220
11.2.4 RNAi的應用 221
11.3 microRNA 222
11.3.1 miRNA的發(fā)現(xiàn)歷程 222
11.3.2 miRNA生物學形成過程222
11.3.3 miRNA的作用方式 224
11.3.4 miRNA的應用 224
11.4 piRNA 224
11.4.1 piRNA的發(fā)現(xiàn)歷程 225
11.4.2 piRNA的生物合成 225
11.4.3 piRNA的作用機制 226
11.4.4 piRNA的生物學功能 226
11.5 lncRNA 228
11.5.1 lncRNA在轉錄后水平的調控機制 228
11.5.2 lncRNA在其他水平的調控機制 229
11.5.3 lncRNA的生物學功能 229
第12章 蛋白質水平調控 232
12.1 翻譯水平調控 232
12.1.1 同一操縱子內不同基因的蛋白質合成量差異 232
12.1.2 信息體與蛋白質的合成 233
12.1.3 核糖體蛋白質合成的自體調控 234
12.1.4 mRNA的壽命對翻譯的調節(jié) 234
12.1.5 終止密碼解讀的移碼與通讀調節(jié) 235
12.1.6 翻譯中的弱化子調控 235
12.2 翻譯后水平調控 236
12.2.1 蛋白質前體的加工 236
12.2.2 蛋白質轉運 239
12.2.3 蛋白質折疊 241
12.2.4 蛋白質降解 242
第13章 表觀遺傳學調控 246
13.1 表觀遺傳學概述 246
13.1.1 表觀遺傳學現(xiàn)象 246
13.1.2 表觀遺傳學的發(fā)展 247
13.1.3 表觀遺傳學與人類的疾病 247
13.1.4 表觀遺傳學的主要研究內容 248
13.2 DNA甲基化 248
13.2.1 DNA甲基化的概念與種類 248
13.2.2 DNA甲基化的機制 249
13.2.3 DNA甲基化的生物學功能 250
13.2.4 DNA甲基化的檢測方法 250
13.2.5 DNA甲基化研究的具體實例 252
13.3 RNA甲基化 253
13.3.1 常見的RNA甲基化修飾及發(fā)生機制 253
13.3.2 RNA甲基化修飾的生物學功能 254
13.3.3 RNA甲基化修飾的檢測方法 255
13.3.4 RNA甲基化研究的具體實例 257
13.4 組蛋白翻譯后修飾 257
13.4.1 組蛋白乙�；揎� 257
13.4.2 組蛋白磷酸化修飾 259
13.4.3 組蛋白甲基化修飾 260
13.4.4 組蛋白泛素化修飾 262
13.5 表觀遺傳學的綜合實例 263
13.5.1 X染色體失活 263
13.5.2 基因組印記 263
第14章 基因組學 267
14.1 基因組測序技術的原理 267
14.1.1 前直讀法 267
14.1.2 直讀法 267
14.1.3 第二代測序技術 269
14.1.4 第三代測序技術 271
14.2 基因組的組裝與注釋 273
14.2.1 基因組組裝的基本概念 273
14.2.2 二代測序基因組的組裝 274
14.2.3 三代測序基因組的組裝 275
14.2.4 基因組注釋 275
14.3 基因組學的發(fā)展與展望 277
第15章 轉錄物組學 279
15.1 轉錄物組測序的原理 279
15.1.1 二代轉錄物組測序技術 280
15.1.2 三代長讀長轉錄物組測序技術 281
15.1.3 直接RNA測序技術 284
15.1.4 二代普通轉錄物組和三代長讀長轉錄物組測序技術的比較 284
15.1.5 單細胞轉錄物組及空間轉錄物組 285
15.2 轉錄物組數據分析方法 289
15.2.1 轉錄物組數據分析的主要思路 289
15.2.2 普通二代轉錄物組數據分析 290
15.2.3 三代轉錄物組數據分析 295
第16章 蛋白質組學 299
16.1 蛋白質組學研究方法 299
16.1.1 蛋白質的提取 299
16.1.2 蛋白質的分離 300
16.1.3 蛋白質的鑒定 303
16.2 蛋白質相互作用研究 306
16.2.1 酵母雙雜交系統(tǒng) 307
16.2.2 基于質譜的蛋白質相互作用研究方法 307
16.2.3 細胞共定位技術 308
16.2.4 蛋白質芯片技術 308
16.2.5 蛋白質成像技術 308
第17章 基因編輯技術 312
17.1 CRISPR/Cas系統(tǒng) 312
17.1.1 CRISPR/Cas9系統(tǒng) 313
17.1.2 CRISPR/Cpf1系統(tǒng) 314
17.1.3 DNA 堿基編輯器 315
17.1.4 基于CRISPR/Cas13系統(tǒng)的RNA編輯技術 317
17.1.5 PE編輯器 317
17.2 基因編輯系統(tǒng)的呈遞方式 319
17.2.1 病毒呈遞策略 319
17.2.2 物理呈遞策略 319
17.2.3 化學呈遞策略 319
17.3 人工靶向核酸酶衍生技術 320
17.3.1 人工轉錄因子 320
17.3.2 基于CRISPR的動態(tài)成像技術 321
17.3.3 基于CRISPR/Cas的核酸檢測技術 322
17.3.4 基于CRISPR的免疫沉淀技術 322
名詞索引 324
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