PCR技術
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1導論
多聚酶鏈式反應(PolymeraseChainReaction,PCR)是美國Perkin-Elmer/Cetus公司人類遺傳研究室MullisK.B.等人于1985年發明的一種快速體外DNA片段擴增技術,是八十年代分子生物學資源領域的一項革命性突破,被譽為分子生物學資源發展*的又一里程碑。該技術一問世,就在分子生物學、醫學、生物工程、法醫學、考古學等領域得到快速而廣泛的應用,并且對已建立的基因克隆、DNA序列分析等現代分子生物學技術的發展也起了巨大的推動作用。
PCR技術是一種模擬自然DNA復制過程的體外酶促合成特異性核酸片段技術(亦稱無細胞分子克隆技術)。它以待擴增的兩條DNA鏈為模板,由一對人工合成的寡核苷酸作為介導,通過DNA聚合酶促反應,在體外進行特異DNA序列擴增。其過程包括模板變性(deNature)、引物退火(annealing)和用DNA聚合酶延伸(clongation)退火引物在內的重復循環系列,使末端被引物5’端限定的特異性片段成指數形式累積。由于在每一循環中合成的引物延伸產物可作為下一循環中的模板,因而每次循環中靶DNA的拷貝數幾乎呈幾何級數增長。因此20次PCR循環將產生約一百萬倍(220)的擴增產物,具有操作簡單、快速、靈敏度高、特異性強的特點,并且具有從DNA粗制品和降解的DNA模板中擴增靶序列的能力,這一點在生藥鑒定應用中尤為重要。
PCR的原理類似于DNA的天然復制過程,關鍵是運用兩個起始引物,分別為待擴增序列的相對的兩條單鏈DNA結合,結合位點分別位于待擴增序列的兩端,并且3’端相對,然后利用dna聚合酶依賴于DNA模板的特性,模仿體內的復制,在兩個引物之間誘發聚合酶反應。PCR反應可以簡述如下:
在微量離心管中加入適量緩沖液,加微量模板DNA,四種脫氧單核苷酸(dNTP),耐熱Taq聚合酶及兩個合成DNA引物,并有Mg2+存在。
1、加熱使模板DNA在高溫下(95℃左右)變性,雙鏈DNA解開而變成單鏈DNA游離于溶液中。這是所謂變性階段。
2、PCR的引物是兩段人工合成的寡核苷酸鏈,長度為16-24個核苷酸殘基,其順序由被擴增的DNA片段兩端的序列決定。這兩段寡核苷酸鏈分別與模板DNA的正鏈和負鏈互補,所互補的位點一個在被擴增序列的“上游”,一個在被擴增序列的“下游”。高溫使模板DNA變性成單鏈以后,溫度降低,由于pcr反應體系中引物的拷貝數遠遠多于模板DNA的拷貝數,因而引物與模板DNA形成復合物的機率要大大高于模板DNA兩條單鏈的重新結合。只要嚴格地控制復性的條件,復性過程是傾向于形成引物與模板的復合物的。這是退火階段。
3、溶液反應溫度升至中溫(72℃),在taq酶作用下,以dNTP為原料,引物為復制起點,模板DNA的一條雙鏈在解鏈和退火之后延伸為兩條雙鏈。這是延伸階段。
如此重復,改變反應溫度,即高溫變性,低溫退火,中溫延伸三個階段。這三次改變溫度為一個循環。每循環一次,使特異區段基因拷貝數擴大一倍,一般30次循環,基因放大數可達2n倍??捎霉?br />
Y=(1+X)n
表示,式中Y=DNA擴增倍數,X=擴增效率,循環數為n。
如X=100%,n=20時,Y=1048576倍。但實際擴增效率(X)不會達到100%。
2試驗條件
本程序適用于自動PCR操作,可適用于大多數情況,所用酶是不含核酸外切酶活性的熱穩定聚合酶,如Taq聚合酶等。
【藥品試劑】
引物(各50pmol)
0.2mmol/LdNTPs(必須使用高質量的dNTPs,這一點非常重要。dNTPs經反復化凍后會發生降解,因此應分成小份保存。應注意混合物中四種dNTP的量要相等)
模板DNA:約0.05~1mg基因組DNA或0.002~0.02mg質粒DNA
TaqDNA聚合酶(PerkinElmer,Norwalk,Connecticut)
10×PCR緩沖液(500mmol/LKCl,15mmol/LMgCl2,100mmol/LTris·HCl,pH8.3)
礦物油
電泳所需試劑