PCR那点事
信息来源:金开瑞 作者:genecreate 发布时间:2017-07-18 15:09:07
PCR (Polymerase Chain Reaction),中文翻译为聚合酶链式反应,是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术,它可看作是生物体外的特殊DNA复制。 由1983年美国Mullis首先提出设想,1985年由其发明了聚合酶链反应,即简易DNA扩增法,意味着PCR技术的真正诞生。到如今,PCR技术已广泛应用于生命科学、医学研究、遗传工程、法医学、考古学、人类学等领域。
PCR原理
PCR技术的基本原理类似于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93℃左右一定时间后,双链DNA解离,成为单链;②模板DNA与引物的退火(复性):模板DNA经加热变性成单链后,温度降至55℃左右,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72℃、DNA聚合酶(如TaqDNA聚合酶)的作用下,以dNTP为反应原料,靶序列为模板,按碱基互补配对原则,合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链,重复此过程就可获得更多的“半保留复制链”。
PCR引物设计基本原则
①引物长度:15-30bp,常用为20bp左右。
②引物碱基:G+C含量以40-60%为宜,G+C太少扩增效果不佳,G+C 过多易出现非特异条带。
③两个引物之间不应存在互补序列,尤其是避免3'端的互补重叠。
④引物与非特异扩增区的序列的同源性不要超过70%,引物3′末端连续8个碱基在待扩增区以外不能有完全互补序列,否则易导致非特异性扩增。
⑤引物的5'端可以修饰。如附加限制酶位点,引入突变位点,用生物素、荧光物质、地高辛标记,加入其它短序列,包括起始密码子、终止密码子等。
PCR反应特点
特异性强
简便灵敏
纯度要求低
常见问题与解答
1、Q: 不出现扩增条带?
A: 在酶和引物质量好时,不出现扩增带,极有可能是标本的消化处理,模板核酸提取过程出了毛病。例如,模板中含有杂蛋白质,在提取制备模板时丢失过多,或吸入酚。因而要配制有效而稳定的消化处理液,其程序亦不宜随意更改。
2、Q: 出现的PCR扩增条带与目的靶序列条带一致,但其条带更整齐,亮度更高(假阳性)。
A: 出现假阳性的原因有:①引物设计不合适:选择的扩增序列与非目的扩增序列有同源性,在进行PCR扩增时,扩增出的PCR产物为非目的性的序列。因此,需重新设计引物。②靶序列或扩增产物的交叉污染。这种假阳性可用以下方法解决:操作时应小心轻柔,防止将靶序列吸入加样枪内或溅出离心管外。除酶及不能耐高温的物质外,所有试剂或器材均应高压消毒。所用离心管及样进枪头等均应一次性使用。
3、Q: 出现非特异性扩增条带?
A: 非特异性条带的出现,其原因:一是引物与靶序列不完全互补、或引物聚合形成二聚体。二是Mg2+离子浓度过高、退火温度过低,及PCR循环次数过多有关。三是酶的质和量,酶量过多有时也会出现非特异性扩增。其对策有:必要时重新设计引物。减低酶量或调换另一来源的酶。降低引物量,适当增加模板量,减少循环次数。
4、Q: 出现片状拖带或涂抹带?
A: 其原因往往由于酶量过多或酶的质量差,dNTP浓度过高,Mg2+浓度过高,退火温度过低,循环次数过多引起。其对策有:①减少酶量,或调换另一来源的酶。②减少dNTP的浓度,适当降低Mg2+浓度。③增加模板量,减少循环次数。
PCR原理
PCR技术的基本原理类似于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93℃左右一定时间后,双链DNA解离,成为单链;②模板DNA与引物的退火(复性):模板DNA经加热变性成单链后,温度降至55℃左右,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72℃、DNA聚合酶(如TaqDNA聚合酶)的作用下,以dNTP为反应原料,靶序列为模板,按碱基互补配对原则,合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链,重复此过程就可获得更多的“半保留复制链”。
PCR引物设计基本原则
①引物长度:15-30bp,常用为20bp左右。
②引物碱基:G+C含量以40-60%为宜,G+C太少扩增效果不佳,G+C 过多易出现非特异条带。
③两个引物之间不应存在互补序列,尤其是避免3'端的互补重叠。
④引物与非特异扩增区的序列的同源性不要超过70%,引物3′末端连续8个碱基在待扩增区以外不能有完全互补序列,否则易导致非特异性扩增。
⑤引物的5'端可以修饰。如附加限制酶位点,引入突变位点,用生物素、荧光物质、地高辛标记,加入其它短序列,包括起始密码子、终止密码子等。
PCR反应特点
特异性强
简便灵敏
纯度要求低
常见问题与解答
1、Q: 不出现扩增条带?
A: 在酶和引物质量好时,不出现扩增带,极有可能是标本的消化处理,模板核酸提取过程出了毛病。例如,模板中含有杂蛋白质,在提取制备模板时丢失过多,或吸入酚。因而要配制有效而稳定的消化处理液,其程序亦不宜随意更改。
2、Q: 出现的PCR扩增条带与目的靶序列条带一致,但其条带更整齐,亮度更高(假阳性)。
A: 出现假阳性的原因有:①引物设计不合适:选择的扩增序列与非目的扩增序列有同源性,在进行PCR扩增时,扩增出的PCR产物为非目的性的序列。因此,需重新设计引物。②靶序列或扩增产物的交叉污染。这种假阳性可用以下方法解决:操作时应小心轻柔,防止将靶序列吸入加样枪内或溅出离心管外。除酶及不能耐高温的物质外,所有试剂或器材均应高压消毒。所用离心管及样进枪头等均应一次性使用。
3、Q: 出现非特异性扩增条带?
A: 非特异性条带的出现,其原因:一是引物与靶序列不完全互补、或引物聚合形成二聚体。二是Mg2+离子浓度过高、退火温度过低,及PCR循环次数过多有关。三是酶的质和量,酶量过多有时也会出现非特异性扩增。其对策有:必要时重新设计引物。减低酶量或调换另一来源的酶。降低引物量,适当增加模板量,减少循环次数。
4、Q: 出现片状拖带或涂抹带?
A: 其原因往往由于酶量过多或酶的质量差,dNTP浓度过高,Mg2+浓度过高,退火温度过低,循环次数过多引起。其对策有:①减少酶量,或调换另一来源的酶。②减少dNTP的浓度,适当降低Mg2+浓度。③增加模板量,减少循环次数。
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