DNA科学导论

    DNA科学是一门建立在生命分子基础上的科学。本书是冷泉港实验室出版社出版的 DNA Science：A First Course第二版的中文翻译版，介绍了学科发展中的重要人物和他们做的一些重要实验，深入浅出阐释实验技术，展示了现今研究的最前沿，让读者深入了解当今的实验技术。主要内容包括：遗传学的基本原理，DNA 的结构和功能，基因调控；小规模及大规模的 BNA 分析技术，研究单基因的现代技术，全基因组分析的现代方法；癌症的 DNA 科学原理，DNA 科学在人类遗传和进化中的应用，人类物种形成问题等等。本书所包含的思想和技术是 DNA 实验操作中必需的、最基本的思想和技术，借助本书能正确地预见和阐释在未来很多年里科学发展的主流趋势。本书也是初次探索生命分子的人手中一张简单的地图。
本书适于生物化学、分子生物、细胞生物学、遗传学、免疫学、蛋白质组学、功能基因组学等生命科学相关领域研究院所、高校相关院系、实验室的教师、研究生、科研人员，以及生物技术企业的研发者和决策者参考阅读。

    1988年吉姆·沃森（Jim Watson）在冷泉港的一次午餐时，提出了“DNA科学”（DNA science）一词。对吉姆而言那不过是日常的、无意的评论——到那时他从事DNA研究差不多已经40年了。但对我们而言则是听者有意，因为这个词恰到好处地概括了我们想向学生介绍的新的DNA世界——一门建立在生命分子基础上的科学和一本将这门科学生动地介绍给学生的书。
在本书的第二版中，我们沿用了第一版中深入浅出的说明文字讲解屡经验证的实验技术的成功套路。我们保留了第一版中基本的实验顺序安排，即先介绍DNA的限制酶切、转化、分离和分析，然后介绍如何应用这些技术来构建分析一个简单的DNA重组分子。我们在新版里避免对实验技术进行过多的修改，因为这些实验技术经检验证明的是最好的，并且是在教学实验中最为广泛的基因操作技术。
新版虽然保留了第一版中一些经典的实验方法，但对全书文字比例进行了大幅度的调整，增加了200多页的新内容，展示了现今研究的最有沿。本书不仅仅是罗列事实，而且是进一步让学生深入了解当今的实验技术，介绍学科发展中的重要人物和他们做的一些重要实验。分子生物学和发育生物学家David Crotty也为新版提供了许多资料和深刻见解。
尽管从第一版付梓至今，生物学有了很大的发展，但本书所包含的思想和技术是DNA实验操作中必需的、最基本的思想和技术。尽管当前分子生物学研究越来越依靠测序仪和基因芯片，然而凝胶电泳仍然是初学者初登DNA殿堂的必经之路。虽然高等生物实验材料在实验中越来越受重视，但是只要有温箱等简单的设备，以及花费几个小时，低等的大肠杆菌仍能对生物学研究有所裨益。
与第一版的初衷相同，我们希望第二版的《DNA科学导论》能正确地预见和阐释在未来很多年里科学发展的主流趋势。我们希望《DNA科学导论。成为初次探索生命分子的人手中一张简单的地图。
——D.A.米克勒斯（David A.Micklos），冷泉港实验室Dolan DNA学习中心执行主任
——G.A.弗里尔（Greg A.Freyer），Mailman公共卫生学院医学环境卫生学副教授
哥伦比亚大学临床医学院解剖学和细胞生物学副教授

译者序
前言
致谢
基础理论篇
　第一章　如何得知DNA是遗传物质
　　第一节　分子生物学是多学科交叉的结果
　　第二节　分子生物学的基础是物理／化学原则和抽象的模式系统
　　第三节　后基因组时代要求采用更加综合的研究手段
　　第四节　分子生物学源于结构-功能关系说
　　第五节　分子生物学源于研究遗传本质的好奇
　　第六节　如何解释物种的多样性（和相似性）？
　　第七节　性状如何在不同世代之间传递？
　　第八节　基因位于何处？
　　第九节　进化与遗传学之间有何关系？
　　第十节　基因是物质实体吗？
　　第十一节　基因具有哪些功能？
　　第十二节　遗传物质是何分子？
　　第十三节　DNA分子的结构
　　参考文献
　第二章　如何了解DNA的功能
……
　第三章　基因调控
　第四章　DNA科学的基本工具和技术
　第五章　重要基因的鉴别和表达
　第六章　全基因组分析的现代方法
　第七章　癌症的DNA科学原理
　第八章　DNA科学在人类遗传学和进化研究中的应用
实验教程篇
　实验室安全操作和国家卫生研究院安全案例
　实验一　称量、微量移液和灭菌消毒技术
　实验二　细菌的培养技术
　实验三　DNA的限制性内切核酸酶反应的影响
　实验四　DNA甲基化对限制性内切核酸酶反应的影响
　实验五　质粒DNA快速转化大肠杆菌的方法
　实验六　抗生素抗性酶的分析
　实验七　GFP重组体的纯化和鉴定
　实验八　质粒DNA的纯化和鉴定
　实验九　具有抗生素抗性基因的重组
　实验十　重组DNA转化大肠杆菌
　实验十一　影印培养鉴定大肠杆菌菌落
　实验十二　纯化和鉴定重组DNA
　答案与讨论
附录1　仪器、耗材与试剂
附录2　培养基、试剂、贮存液的配制
附录3　pAMP、pKAN、pBLU、pGREEN及λ噬菌体的限制酶切图谱
附录4　注意事项
索引

书摘
的测序工作团队都宣布大约35000个基因数目时，几乎所有的人都觉得很诧异。这引出了一个很明显的问题：人类基因总数怎么会不到微小生物线虫基因数(19 099个基因)的2倍。初次公布之后，另有一些研究认为人类基因总数要大于这个数字，大约50000个。蛋白质编码序列总数相应地也从原来认为的占基因组5%下降到少于1.5%。在过去30年中，虽然对人类基因组非编码部分的认识已增加不少，但99%的人类基因组序列是不编码基因的事实还是让许多人迷惑不解。
一般公众和大多数科学家关注的是人类基因组计划发现的基因。命名和认识所有这些基因将大大提高对人体细胞工作方式的了解，特别是对各种疾病在分子水平上的认识的帮助。到目前为止，人类已知的几千个遗传性疾病中只有一小部分的致病基因被鉴定出来。测序和描绘这些疾病基因图谱将为诊断提供方便，对它们的蛋白产物进行详细的生化研究将有助于提高疗效。使人的生活更健康并且如预测的那样更幸福是人类基因组计划的现实意义。但大量的非编码DNA的存在暗示了人类基因组的有些意义存在于这些基因之间的所谓的"垃圾"之中，就如一首诗，它的某些意义存在于诗句之间。
在这一章里，我们回忆了人类基因组计划的发展过程，从一个引起争议的提议发展到世界范围内数以千计的科学家参与的合作研究。接着我们对确定和组装DNA序列的实验室方法，发现和比较基因的计算机方法和新的用来一次性分析数以千计基因的微阵列技术进行讨论。最后对人类基因组的基本结构，为什么我们只有相对如此少的基因以及为什么只有这么少的DNA编码蛋白质这些问题进行了讨论，以此作为本章的总结。
第一节 人类基因组计划的产生
1985年在加利福尼亚大学Santa Cruz分校举行的一次会议上有人第一次提出了共同努力测出人类基因组序列的可能性。虽然这个主意引起了许多人的兴趣，但刚开始，这个提议很少有强的支持者。批评者从一开始并在正式启动这个计划之后仍然坚持他们的一系列反对意见。
大多数反对大规模测序计划的意见主要集中在以下几个关键问题上。
它对生物学有什么用?
纵观生物学的大部分发展史，生物学是以单个研究人员加上一小群学生，以及少数几个较年轻研究伙伴和实验技术员为中心的。在20世纪80年代，一个典型的分子生物学群体平均只有十二人左右；只有成名很早的科学家才有较大的研究群体。一个松散的基因组计划将使得研究力量从许多单个研究机构中转移到几个大的团
……