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[分子生物学] PCR

本主题由 nano 于 08-8-12 19:44 关闭 

PCR

PCR

. ?( {& }- y" w. C+ C9 _
主要内容:, Y8 m# Y( a( r0 M

0 V* G3 _) L1 n8 h7 x* p$ v, o声明:
: G8 `  Z- m0 p& }/ B1、 本篇涉及的资源主要源于网络及相关书籍,由酷友搜集、分析、整理、审改,供大家学习参考用,如有转载、传播请注明源于基因酷及本书的工作人员;若本书侵犯了您的版权或有任何不妥,请Email genecool@126.com告知。
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致谢:3 t. y2 R6 i+ {5 K
整理者:WANZHAN   审改者:小宝、纤夫、caterpillar、一头大水牛、kaige88- f- j( @) B6 W* ~! S5 Y  x# I
主要参考资料:《分子克隆实验指南》$ m4 K9 e" W4 E% d, D; U
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[ 本帖最后由 nano 于 08-9-14 09:09 编辑 ]
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PCR技术的基本原理

PCR技术的基本原理


4 p! e4 i% H9 k) ~     类似于DNA的天然复制过程,其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物。PCR由变性--退火--延伸三个基本反应步骤构成:①模板DNA的变性:模板DNA经加热至94℃左右一定时间后,使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离,使之成为单链,以便它与引物结合,为下轮反应作准备;②模板DNA与引物的退火(复性):模板DNA经加热变性成单链后,在温度降至55℃左右时,引物与模板DNA单链的互补序列配对结合;③引物的延伸:DNA模板--引物结合物在TaqDNA聚合酶的作用下,以dNTP为反应原料,靶序列为模板,按碱基配对与半保留复制原理,合成一条新的与模板DNA 链互补的半保留复制链重复循环变性--退火--延伸三过程,就可获得更多的“半保留复制链”,而且这种新链又可成为下次循环的模板。每完成一个循环需2~4分钟,在一个由计算机控制的循环加热器上经过三十个循环,就可以把原来的样品精确地扩增了2的30次方倍。扩增产物的量可用下列公式表示:C=C0 (1+P)n 。其中:C为扩增产物量,C0 为起始DNA量, P为扩增效率, n为循环次数。; C- _' H& T) O2 M; i% C) m9 H
  在扩增后期,由于产物积累,使原来呈指数扩增的反应变成平坦的曲线,产物不再随循环数而明显上升,这称为平台效应。平台期(Plateau)会使原先由于错配而产生的低浓度非特异性产物继续大量扩增,达到较高水平。因此,应适当调节循环次数,在平台期前结束反应, 减少非特异性产物。到达平台期(Plateau)所需循环次数取决于样品中模板的拷贝。
  o$ h5 u; Z. S) {( L5 b" [+ Y每一循环经过变性、退火和延伸,DNA含量可增加一倍(理论上)。对于某些扩增片段很短的PCR反应,即使Taq酶活性不是最佳也能在很短的时间内复制完成,因此可以改为两步法,即退火和延伸同时在60℃-65℃间进行,以减少一次升降温过程,提高了反应速度。4 x7 |# `# q) l

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PCR反应体系与反应条件

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PCR扩增产物的分析

PCR扩增产物的分析


# C, e) ~; t1 y1 J- p$ ?2 N7 s  PCR产物是否为特异性扩增 ,其结果是否准确可靠,必须对其进行严格的分析与鉴定,才能得出正确的结论。PCR产物的分析,可依据研究对象和目的不同而采用不同的分析方法。) l( N. E" ~0 N. K$ u7 Y. a
1. 凝胶电泳分析:PCR产物电泳,EB溴乙锭染色紫外灯下观察,初步判断产物的特异性。PCR产物片段的大小应与预计的一致,特别是多重PCR,应用多对引物,其产物片段都应符合预计的大小,这是起码条件。
0 s5 O  B3 Q/ p9 R( a% w1、 琼脂糖凝胶电泳: 通常应用1~2%的琼脂糖凝胶, 供检测用。
" F- x& I1 V9 N2 l1 S2 |2、 聚丙烯酰胺凝胶电泳:6~10%聚丙烯酰胺凝胶电泳分离效果比琼脂糖好,条带比较集中,可用于科研及检测分析。; a1 e$ J- O& x$ ~+ ?7 x. }  n
  聚丙烯酰胺分离小片段DNA(5-500bp)效果较好,其分辩力很高,甚至相差1bp的DNA片段也能分开。聚丙烯酰胺凝胶电泳的制备和操作比琼脂糖凝胶复杂。8 Z, ^. [4 x, S7 g
2. 酶切分析:根据PCR产物中限制性内切酶的位点,用相应的那切酶进行酶切,经电泳分离后,获得预期大小的片段,此法既能进行PCR产物的鉴定,又能对靶基因分型,还能进行变异性研究。& N9 f* c: L& }" I3 z: A. f
3. 分子杂交:分子杂交是检测PCR产物特异性的有力证据,也是检测PCR 产物碱基突变的有效方法。+ ~" c1 q) N# w1 e- G; G
4. Southern印迹杂交: 在两引物之间另合成一条寡核苷酸链(内部寡核苷酸),经标记后作为探针,与PCR产物杂交。此法既可作特异性鉴定,又可以提高检测PCR产物的灵敏度。
0 X7 C: p4 j) h% M& m5 X5. 斑点杂交: 将PCR产物点在硝酸纤维素膜或尼膜薄膜上,再用内部寡核苷酸探针杂交,无阳性反应斑点,主要用于PCR产物特异性鉴定及变异分析。
3 x) |# m2 ^! L: i; f! B" ^; N6. 核酸序列分析(测序):是检测PCR产物特异性的最可靠方法。
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PCR产物克隆

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PCR常用优化策略

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PCR反应特点

PCR反应特点

+ B6 y+ l8 ?; c
1. 特异性强:PCR反应的特异性决定因素为:①引物与模板DNA特异正确的结合;②碱基配对原则;③Taq DNA聚合酶合成反应的忠实性;④靶基因的特异性与保守性。其中引物与模板的正确结合是关键。引物与模板的结合及引物链的延伸是遵循碱基配对原则的。聚合酶合成反应的忠实性及Taq DNA聚合酶耐高温性,使反应中模板与引物的结合(复性)可以在较高的温度下进行,结合的特异性大大增加,被扩增的靶基因片段也就能保持很高的正确度。再通过合理的引物设计,选择特异性和保守性高的靶基因区域,其特异性程度就会更高。
' l1 A$ G( |) R3 b& j3 v6 ^# {2. 灵敏度高:PCR产物的生成量是以指数方式增加的,能将皮克(pg=10- 12)量级的起始待测模板扩增到微克(ug=-6)水平。能从100万个细胞中检出一个靶细胞;在病毒的检测中,PCR的灵敏度可达3个RFU(空斑形成单位);在细菌学中最小检出率为3个细菌。
+ q3 l& E# N% Z0 I$ ]3. 简便、快速:PCR反应用耐高温的Taq DNA聚合酶,一次性地将反应液加好后,即在DNA扩增仪和水浴锅上进行变性-退火-延伸反应,一般在2~4 小时完成扩增反应。扩增产物一般用电泳分析,可以不使用同位素,无放射性污染、易推广。
7 D3 }( U- }% [2 M! O4. 对标本的纯度要求低:不需要分离病毒或细菌及培养细胞,DNA 粗制品及总RNA均可作为扩增模板。以源于临床标本(如血液、体腔液、洗嗽液、毛发、细胞、活组织等)的粗制DNA进行扩增检测。
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针对RNA酶的一些注意事项

针对RNA酶的一些注意事项


  N8 t( m% I3 V9 L防止RNA酶污染的措施:
3 a& p& I' }' q- D
1. 所有的玻璃器皿均应在使用前于180℃的高温下干烤6hr或更长时间。, _7 E' X. y( ~# e" W; E) J
2. 塑料器皿可用0.1% DEPC水浸泡或用氯仿冲洗(注意:有机玻璃器具因可被氯仿腐蚀,故不能使用)。
1 e0 z: X0 q$ {4 R( l3. 有机玻璃的电泳槽等,可先用去污剂洗涤,双蒸水冲洗,乙醇干燥,再浸泡在3% H2O2 室温10min,然后用0.1% DEPC水冲洗,晾干。; q" Z! P+ e# C' a! F
4. 配制的溶液应尽可能的用0.1% DEPC,在37℃处理12hr以上。然后用高压灭菌除去残留的DEPC。不能高压灭菌的试剂,应当用DEPC处理过的无菌双蒸水配制,然后经0.22μm滤膜过滤除菌。
- @6 o+ N7 p1 V$ v+ S& }5.  操作人员戴一次性口罩、帽子、手套,实验过程中手套要勤换。
. M* b5 h% j+ S2 U" l. {* h6. 设置RNA操作专用实验室,所有器械等应为专用。
' e" W2 K" y" c9 Y! z3 h7. DEPC能与胺和巯基反应,因而 含Tris和DTT的试剂不能用DEPC处理  l% f% p* I; z- Y7 p  Z/ J" h
8. 加样原则是DNA最后加,其他试剂按照体积大小从大往小的加。如果是同种引物和探针有多管的话只是DNA不同,那么采取的方法是算出总体积后加在一个管子里面,混合均匀之后再分装到各个管子里去,这样可以有效地避免误差及污染。
# \% L9 F0 E" q7 E/ H9. 普通实验室容易污染,且污染程度很高,与跑电泳还有质粒制备提取都在同一个房间里有比较大的关系,最容易造成高浓度污染的就是产物的开盖和质粒的稀释。因此要格外注意一些。
/ G. O2 J& w# o- p% \; W( D常用的RNA酶抑制剂( h  U' D; z% U. ^7 M
1. 焦磷酸二乙酯(DEPC):是一种强烈但不彻底的RNA酶抑制剂。它通过和RNA酶的活性基团组氨酸的咪唑环结合使蛋白质变性,从而抑制酶的活性。- }! n% |, Q5 b3 r
2. 异硫氰酸胍:目前被认为是最有效的RNA酶抑制剂,它在裂解组织的同时也使RNA酶失活。它既可破坏细胞结构使核酸从核蛋白中解离出来,又对RNA酶有强烈的变性作用。
+ \$ J- I$ V( g6 W4 g( X3. 氧钒核糖核苷复合物:由氧化钒离子和核苷形成的复合物,它和RNA酶结合形成过渡态类物质,几乎能完全抑制RNA酶的活性。
. M& Y" t" y) b, i) D8 F. G+ q# h4. RNA酶的蛋白抑制剂(RNasin):从大鼠肝或人胎盘中提取得来的酸性糖蛋白。RNasin是RNA酶的一种非竞争性抑制剂,可以和多种RNA酶结合,使其失活。  B8 ?) d0 e, _
5. 其它:SDS、尿素、硅藻土等对RNA酶也有一定抑制作用。因为DEPc不加选择的修饰蛋白质和RNA,因此在分离和纯化RNA过程中不能使用,而且它与一些缓冲液(例如Tri)不能相容在所有RNA实验中,最关键的因素是分离得到全长的RNA。而实验失败的主要原因是核糖核酸酶(RNA酶)的污染。
. J, A7 e: g  u( C附:确认RNA溶液中有没有残留的RNA酶的方法:
; p% a$ g1 q; }# {! {  按照样品浓度,从RNA溶液中吸取两份1000 ng的RNA加入至0.5 ml的离心管中,并且用pH7.0的Tris缓冲液补充到10 ul的总体积,然后密闭管盖。把其中一份放入70℃的恒温水浴中,保温1 h。另一份放置在-20℃冰箱中保存1 h。取出两份样本进行电泳。电泳完成后,比较两者的电泳条带。如果两者的条带一致或者无明显差别, 则说明RNA溶液中没有残留的RNA酶污染,RNA的质量很好。相反的,如果70℃保温的样本有明显的降解,则说明RNA溶液中有RNA酶污染。
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PCR污染分析及对策

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PCR常见问题分析

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