全书共17章，从内容上可以分为两大部分。第一部分包括第1～13章，主要介绍DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译和基因表达调控等分子生物学的基本原理，属于基础分子生物学。第二部分包括第14～17章，主要介绍近年来分子生物学的发展，如基因组学、转录物组学、蛋白质组学和基因编辑技术等，属于现代分子生物学。通过这样的安排，同学们在掌握基础分子生物学的基础上，能够紧跟当今分子生物学的最新进展，做到与时俱进。为了方便线上学习，本书将大量的课后拓展内容、科学家小故事、视频课程、思维导图、课程思政等放入线上平台，同学们可以通过扫描相应章节的二维码来访问和学习。

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2007年博士毕业于中国科学院动物研究所；2007~2009年在美国康奈尔大学做博士后研究主持4个国家自然科学基金项目及多个省市级科研项目

目录
序言
前言
第1章 绪论 1
1.1 分子生物学概述 1
1.1.1 什么是分子生物学？ 1
1.1.2 分子生物学的主要研究内容 2
1.1.3 分子生物学研究的共性 2
1.1.4 分子生物学与其他学科之间的联系 2
1.2 分子生物学发展简史 3
1.2.1 分子生物学的萌芽阶段 3
1.2.2 分子生物学的理论形成阶段 4
1.2.3 分子生物学的发展阶段 7
1.2.4 现代分子生物学阶段 8
1.3 展望分子生物学的未来 10
1.3.1 DNA存储 10
1.3.2 基因编辑与医学 10
1.3.3 合成生物学 10
第2章 DNA与染色体 13
2.1 生命的遗传物质 13
2.1.1 遗传物质的发现 13
2.1.2 RNA 也是遗传物质 14
2.2 DNA 的结构 16
2.2.1 DNA 一级结构 16
2.2.2 DNA 二级结构 16
2.2.3 DNA 的高级结构 22
2.3 染色体与基因组 23
2.3.1 染色体 23
2.3.2 基因组 26
2.3.3 基因组图谱 30
2.4 DNA变性与复性 31
2.4.1 DNA变性 31
2.4.2 DNA复性 32
2.5 DNA与基因 32
2.5.1 经典的基因概念 33
2.5.2 拟等位基因 33
2.5.3 顺反子 34
2.5.4 现代基因的概念 35
第3章 DNA的复制 37
3.1 DNA复制的基本特征 37
3.1.1 DNA的半保留复制 37
3.1.2 DNA复制方向为5′→3′ 38
3.1.3 DNA分子的半不连续复制 39
3.1.4 DNA复制的起点和方向 40
3.1.5 DNA新链的起始需要RNA引物 41
3.1.6 DNA复制的模式 42
3.1.7 DNA聚合酶及其作用机制 43
3.2 DNA复制的过程 46
3.2.1 DNA复制的起始 46
3.2.2 参与DNA复制的蛋白质及其功能 47
3.2.3 DNA复制体的结构与复制的“长号模型” 50
3.2.4 冈崎片段的加工连接 51
3.2.5 DNA复制的终止 51
3.2.6 结束复制 52
3.3 DNA末端复制问题 52
3.3.1 共联体 52
3.3.2 用蛋白质作为引物 53
3.3.3 端粒的复制 53
3.4 DNA复制的调控 55
3.4.1 甲基化对DNA复制起始的调控 55
3.4.2 RNA转录对DNA复制的调控 55
3.4.3 细胞周期对DNA复制的影响 56
第4章 DNA的突变与修复 59
4.1 DNA 损伤 59
4.1.1 DNA 的自发性损伤 59
4.1.2 物理因素引起的损伤 62
4.1.3 化学因素引起的损伤 64
4.2 DNA损伤与突变 65
4.2.1 根据DNA碱基序列改变进行分类 65
4.2.2 根据突变原进行分类 66
4.3 DNA损伤的修复 66
4.3.1 错配修复 66
4.3.2 切除修复 68
4.3.3 重组修复 69
第5章 DNA的转座 73
5.1 转座现象与转座子 73
5.2 转座子的分类、特征及转座机制 73
5.2.1 原核生物的转座子 76
5.2.2 真核生物的转座子 81
5.3 转座的遗传效应 87
5.4 转座子的应用 87
第6章 RNA转录过程 90
6.1 转录的基本概念及特征 90
6.1.1 转录的基本概念 90
6.1.2 转录的特征 90
6.2 原核生物RNA 的转录 91
6.2.1 原核生物的转录酶和启动子 91
6.2.2 转录的过程 95
6.3 真核生物RNA的转录 100
6.3.1 真核生物的转录酶 100
6.3.2 真核生物的启动子和调控元件 102
6.3.3 真核生物RNA转录的过程 106
6.3.4 顺式作用元件与反式作用因子 109
第7章 RNA的加工 115
7.1 RNA初始转录产物的特征 115
7.1.1 mRNA初始转录产物 115
7.1.2 rRNA初始转录产物 116
7.1.3 tRNA初始转录产物 116
7.2 RNA加工的主要形式 117
7.3 RNA加帽 117
7.3.1 不同类型的RNA帽子 118
7.3.2 RNA加帽的过程 118
7.3.3 RNA加帽的生物学功能 119
7.4 RNA 3′端多腺苷酸化 121
7.4.1 RNA加尾现象 121
7.4.2 RNA加尾信号 121
7.4.3 加尾的过程 122
7.4.4 RNA加尾的生物学功能 122
7.5 内含子的剪接 124
7.5.1 Ⅰ型内含子及其自我剪接 125
7.5.2 Ⅱ型内含子及其剪接 127
7.5.3 Ⅲ型内含子 128
7.5.4 pre-mRNA的内含子剪接 128
7.5.5 tRNA前体内含子的剪接和加工 136
7.6 RNA编辑 137
7.6.1 替代编辑 137
7.6.2 插入/删除编辑 138
第8章 蛋白质翻译过程 142
8.1 蛋白质合成的装置 142
8.1.1 mRNA的结构与功能 142
8.1.2 tRNA的结构与功能 147
8.1.3 氨酰tRNA合成酶的结构与功能 149
8.1.4 核糖体的结构与功能 151
8.2 蛋白质翻译的过程 155
8.2.1 翻译的起始 155
8.2.2 翻译的延伸 161
8.2.3 翻译的终止 166
第9章 染色体和DNA 水平的调控 172
9.1 染色体水平的调控——染色质修饰与重建 172
9.1.1 组蛋白乙酰化与去乙酰化 173
9.1.2 组蛋白甲基化与去甲基化 174
9.1.3 染色质重塑有关的复合体SWI/SNF蛋白 175
9.2 DNA水平的调控 177
9.2.1 DNA重排与基因表达 177
9.2.2 DNA甲基化 180
9.2.3 基因丢失 182
9.2.4 基因扩增 182
第10章 RNA水平调控（上）——转录水平调控 185
10.1 原核生物的转录调控 186
10.1.1 操纵子的概念 186
10.1.2 乳糖操纵子的发现 186
10.1.3 原核生物的调控模型 188
10.1.4 乳糖利用操纵子 190
10.1.5 色氨酸操纵子 195
10.1.6 不利生长条件下的应急反应 198
10.1.7 操纵子调控综合实例：λ噬菌体溶原和裂解途径的调控 200
10.2 真核生物的转录调控 205
10.2.1 转录激活因子 206
10.2.2 转录抑制因子 207
10.2.3 外界信号控制转录因子的机制 208
10.2.4 信号整合与组合控制 209
10.2.5 RNA选择性剪接 211
第11章 RNA水平调控（下）——转录后水平调控 217
11.1 反义RNA 218
11.1.1 反义RNA在原核生物基因表达调控中的作用 218
11.1.2 反义RNA在真核生物基因表达调控中的作用 218
11.2 RNA干扰 219
11.2.1 RNAi现象的发现 219
11.2.2 RNAi的特征 219
11.2.3 RNAi的作用机制 220
11.2.4 RNAi的应用 221
11.3 microRNA 222
11.3.1 miRNA的发现历程 222
11.3.2 miRNA生物学形成过程222
11.3.3 miRNA的作用方式 224
11.3.4 miRNA的应用 224
11.4 piRNA 224
11.4.1 piRNA的发现历程 225
11.4.2 piRNA的生物合成 225
11.4.3 piRNA的作用机制 226
11.4.4 piRNA的生物学功能 226
11.5 lncRNA 228
11.5.1 lncRNA在转录后水平的调控机制 228
11.5.2 lncRNA在其他水平的调控机制 229
11.5.3 lncRNA的生物学功能 229
第12章 蛋白质水平调控 232
12.1 翻译水平调控 232
12.1.1 同一操纵子内不同基因的蛋白质合成量差异 232
12.1.2 信息体与蛋白质的合成 233
12.1.3 核糖体蛋白质合成的自体调控 234
12.1.4 mRNA的寿命对翻译的调节 234
12.1.5 终止密码解读的移码与通读调节 235
12.1.6 翻译中的弱化子调控 235
12.2 翻译后水平调控 236
12.2.1 蛋白质前体的加工 236
12.2.2 蛋白质转运 239
12.2.3 蛋白质折叠 241
12.2.4 蛋白质降解 242
第13章 表观遗传学调控 246
13.1 表观遗传学概述 246
13.1.1 表观遗传学现象 246
13.1.2 表观遗传学的发展 247
13.1.3 表观遗传学与人类的疾病 247
13.1.4 表观遗传学的主要研究内容 248
13.2 DNA甲基化 248
13.2.1 DNA甲基化的概念与种类 248
13.2.2 DNA甲基化的机制 249
13.2.3 DNA甲基化的生物学功能 250
13.2.4 DNA甲基化的检测方法 250
13.2.5 DNA甲基化研究的具体实例 252
13.3 RNA甲基化 253
13.3.1 常见的RNA甲基化修饰及发生机制 253
13.3.2 RNA甲基化修饰的生物学功能 254
13.3.3 RNA甲基化修饰的检测方法 255
13.3.4 RNA甲基化研究的具体实例 257
13.4 组蛋白翻译后修饰 257
13.4.1 组蛋白乙酰化修饰 257
13.4.2 组蛋白磷酸化修饰 259
13.4.3 组蛋白甲基化修饰 260
13.4.4 组蛋白泛素化修饰 262
13.5 表观遗传学的综合实例 263
13.5.1 X染色体失活 263
13.5.2 基因组印记 263
第14章 基因组学 267
14.1 基因组测序技术的原理 267
14.1.1 前直读法 267
14.1.2 直读法 267
14.1.3 第二代测序技术 269
14.1.4 第三代测序技术 271
14.2 基因组的组装与注释 273
14.2.1 基因组组装的基本概念 273
14.2.2 二代测序基因组的组装 274
14.2.3 三代测序基因组的组装 275
14.2.4 基因组注释 275
14.3 基因组学的发展与展望 277
第15章 转录物组学 279
15.1 转录物组测序的原理 279
15.1.1 二代转录物组测序技术 280
15.1.2 三代长读长转录物组测序技术 281
15.1.3 直接RNA测序技术 284
15.1.4 二代普通转录物组和三代长读长转录物组测序技术的比较 284
15.1.5 单细胞转录物组及空间转录物组 285
15.2 转录物组数据分析方法 289
15.2.1 转录物组数据分析的主要思路 289
15.2.2 普通二代转录物组数据分析 290
15.2.3 三代转录物组数据分析 295
第16章 蛋白质组学 299
16.1 蛋白质组学研究方法 299
16.1.1 蛋白质的提取 299
16.1.2 蛋白质的分离 300
16.1.3 蛋白质的鉴定 303
16.2 蛋白质相互作用研究 306
16.2.1 酵母双杂交系统 307
16.2.2 基于质谱的蛋白质相互作用研究方法 307
16.2.3 细胞共定位技术 308
16.2.4 蛋白质芯片技术 308
16.2.5 蛋白质成像技术 308
第17章 基因编辑技术 312
17.1 CRISPR/Cas系统 312
17.1.1 CRISPR/Cas9系统 313
17.1.2 CRISPR/Cpf1系统 314
17.1.3 DNA 碱基编辑器 315
17.1.4 基于CRISPR/Cas13系统的RNA编辑技术 317
17.1.5 PE编辑器 317
17.2 基因编辑系统的呈递方式 319
17.2.1 病毒呈递策略 319
17.2.2 物理呈递策略 319
17.2.3 化学呈递策略 319
17.3 人工靶向核酸酶衍生技术 320
17.3.1 人工转录因子 320
17.3.2 基于CRISPR的动态成像技术 321
17.3.3 基于CRISPR/Cas的核酸检测技术 322
17.3.4 基于CRISPR的免疫沉淀技术 322
名词索引 324