《基因精确改造技术创新实验》教学大纲
一、基本信息
课程代码：3023002024
课程名称：基因精确改造技术创新实验
课程英文名称：Innovative experiment of Gene modification technology
学分学时：1学分，共30学时，含0理论学时、30实验学时或实践学时等
开课单位：动物科学技术学院动物遗传育种学系
主讲教师：阮进学，程会军
面向专业：全校专业
课程归属：通识课程
通识课程所属模块：创新创业
教材信息：
[1] 李奎 主编。《动物基因组编辑》，北京：科学出版社，2017
[2] 赵书红 主编。《动物分子生物学》，北京：高等教育出版社，2010
先修课程：无
二、课程目标
基因编辑技术功能强大，可以用于基因治疗、基因功能研究等众多领域，目前已成为生物领域（医药、农业等）最为前沿与热门的技术，在动植物育种领域具有广大的应用前景。课程内容主要包括：指导开展实验资料收集、实验设计与实施、分析总结实验结果并予以指导。整个实验教学课程项目安排，体现了一次完整的创新性科学研究过程。以最新最前沿的技术理论与实验为教学内容。培养大学生严谨的科研工作作风、良好的团队合作精神和较强的社会责任感；激发学生的学习兴趣，增强学生发现问题、分析问题和解决问题的能力；通过教学，让学生将学到的基因编写技术的前沿理论知识，并能将其应用于解决动物、植物与微生物基因组遗传改良实际问题中。通过本课程的教学，要使学生系统的掌握动植物DNA分子编写技术实验的基本技能。
课程目标1：熟悉并掌握科研问题的提炼与实验设计。
课程目标2：熟悉并掌握分子精确编写技术基本原理（单碱基编辑与同源重组）。
课程目标3：熟悉并掌握sgRNA的设计及相应表达载体的构建原理与过程。
课程目标4：熟悉Donor打靶载体的设计。
课程目标5：熟悉细胞培养与高效转染方法。
课程目标6：熟悉分子精确编写的检测方法。
课程目标7：熟悉并掌握实验结果分析与项目总结文本撰写。
三、课程思政教学设计
本课程教学设计中需紧密围绕国家打好种子翻身仗理念，深入挖掘课程思政元素和教学资源，理论与实践深度融合，完善教学组织设计，加强师生互动交流，保证教学效果。
结合点1：绪论中简单介绍国内种子安全重要性，理解对种子安全是国家和民生之本的认识，理解农业领域专业大学生面临的机遇与挑战；
结合点2：在每节课的实验设计环节中，激发同学创新思维，培养同学创新精神，为迎接未来挑战做好准备。
四、课程目标和毕业要求的对应关系和支撑矩阵
毕业要求 |
毕业要求指标点 |
课程目标及其支撑强度系数 |
课程目标1 |
课程目标2 |
课程目标3 |
课程目标4 |
课程目标5 |
课程目标6 |
课程目标7 |
支撑强度 |
毕业要求4 [理学素养] |
具备扎实的理学基础理论知识和科学思维能力，运用数学、物理、化学、生物学等自然科学领域的理论知识对科学、工程、技术等领域有关问题进行分析判断。
|
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
H |
毕业要求5： [专业综合] |
了解动物科学专业前沿，掌握本专业基础理论和实践技能，熟悉本专业相关政策法规。能够运用所学专业理论和方法、信息技术、生物技术、现代工程技术、现代经营管理技术等对农牧行业及相关领域的复杂问题进行系统分析和研究，提出相应的对策和建议，形成解决方案。 |
|
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
|
H |
毕业要求8： [交流协作] |
具有较强的交流协作能力，能够与国内外同行、社会公众和管理部门进行有效沟通；具有良好的团队合作精神和组织管理能力。 |
|
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
|
M |
五、课程内容
章节名称 |
参考学时 |
教学内容 |
学习要求 |
对应课程目标 |
第一次实验：分子精确编写技术基本原理介绍 |
6 |
1. 分子精确编写技术的文献阅读与理论教学； 2. 教师演示维普和NCBI PubMed数据库使用方法； 3. 实验设计与规划； |
1. 掌握利用维普或NCBI PubMed数据库查询科研论文； 2. 熟悉分子精确编写技术（同源重组与单碱基编辑技术）基本原理，研究发展历程与最新进展； 3. 学会实验设计与规划，撰写课题研究方案； |
1 |
第二次实验：基因精确编写技术实验设计 |
6 |
1. 教师演示利用在线数据库查询与下载目标基因和基因组序列； 2. 教师演示Cas9与xCas9系统的sgRNA设计，并讲解相应设计原则； 3. 学生选择目标基因后设计Cas9与xCas9系统的sgRNA并送公司合成； |
1. 熟悉目标基因与基因组序列查询与下载方法； 2. 掌握Cas9与xCas9系统的sgRNA设计方法； 3. 掌握Donor打靶载体（dsDNA与ssDNA）的设计原则； |
1 |
第三次实验：基因精确编写技术实验相关载体的构建与制 |
6 |
1. 构建sgRNA 表达载体； 2. 转化大肠杆菌，挑单克隆送生物公司测序验证； 3. 将测序结果与目标sgRNA进行比对； 4. 教师讲解dsDNA打靶载体的构建方法 |
1. 掌握sgRNA 表达载体构建方法与相应制备方法； 2. 熟悉dsDNA打靶载体的构建方法； |
2 |
第四次实验：HEK293T(人胚肾脏细胞)培养与转染 |
6 |
1. HEK293T细胞培养，传代等； 2. 利用脂质体转染表达质粒； 3. 观察细胞生长； |
1. 理解连锁交换规律， 2. 掌握利用此规律进行基因连锁定位的原理和方法， 3. 了解“连锁遗传”案例。 |
2 |
第五次实验：分子精确编写效率检测与项目总结 |
6 |
1. 抽提细胞基因组DNA； 2. 利用基因特异引物扩增目标片段，并通过琼脂糖凝胶电泳检测； 3. 举例演示多种结果； 4. PPT演示与结题报告撰写 第一节 |
1. 掌握分子精确编辑检测方法（PCR法与测序法等） 2. 掌握细胞基因组DNA抽提方法； 3. 熟悉PCR操作与检测流程； |
3 |
注：按章节顺序编写，列出课程教学内容、学习要求，对应课程目标可填写大纲中第二部分课程目标的相应序号。
六、课外学时分配
无
七、课程考核方式与评分标准
（一）课程成绩构成
课程目标 |
考核内容 |
考核方式1 |
考核方式2 |
权重% |
占比% |
占比% |
课程目标1 |
科研问题的提炼的方法、实验设计的基本原则 |
40% |
60% |
10% |
课程目标2 |
传统打靶、ZFN、TALEN与CRISPR编辑技术基本原理；基因敲除与基因敲入基本原理 |
40% |
60% |
15% |
课程目标3 |
sgRNA的设计流程、分子克隆基本原理、表达载体的原则、载体构建步骤。 |
40% |
60% |
15% |
课程目标4 |
Donor打靶载体的分类、设计原理、打靶载体的应用 |
40% |
60% |
15% |
课程目标5 |
细胞培养方法与步骤、与细胞高效转染方法与步骤 |
40% |
60% |
15% |
课程目标6 |
T7EI法、sanger 测序法、深度测序法检测CRISPR编辑效率的方法原理与步骤。 |
40% |
60% |
15% |
课程目标7 |
实验结果分析原理与流程、项目总结文本撰写规范 |
40% |
60% |
15% |
考核方式占总成绩比例 |
40% |
60% |
100% |
课程目标1：熟悉并掌握科研问题的提炼与实验设计。
课程目标2：熟悉并掌握分子精确编写技术基本原理（单碱基编辑与同源重组）。
课程目标3：熟悉并掌握sgRNA的设计及相应表达载体的构建原理与过程。
课程目标4：熟悉Donor打靶载体的设计。
课程目标5：熟悉细胞培养与高效转染方法。
课程目标6：熟悉分子精确编写的检测方法。
课程目标7：熟悉并掌握实验结果分析与项目总结文本撰写。
（二）评分标准
考核方式1评分标准：课堂问答、实验操作、口头测试
（1）主要考核学生的出勤率及课堂参与程度；
（2）每缺勤一次扣10分，课堂回答问题一次加10分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。
考核方式2评分标准：实验报告
（1）主要对学生的实验报告完成情况与实验分析情况进行考察。
大纲撰写人：阮进学
大纲审核人：谢胜松
修订时间：2022年4月
