PCR技术及其应用

生物化学实验技术农业生物学实验教学中心制作人：张杰道农业生物学实验教学中心目录PCR的反应原理PCR的类型和应用PCR示例农业生物学实验教学中心多聚酶链式反应（PCR：PolymeraseChainReaction)KaryB.MullisPCR是由美国科学家穆利斯提出的一种体外简化条件下模拟DNA体内复制的DNA快速扩增的方法，此技术获得1993年诺贝尔化学奖。农业生物学实验教学中心体内DNA的复制体系DNA聚合酶（IIIIII）拓扑异构酶解旋酶类SSB引物dNTPMg2+5’3’农业生物学实验教学中心Mullis的PCR构思引物引物DNA聚合酶DNA聚合酶特定DNA片段TaqDNA聚合酶（thermusaquaticus)酶活性(%)温度(℃)40506070809010010080604020耐热DNA聚合酶Saiki（1988）将耐热DNA聚合酶引入PCR，使利用热变性解链DNA模板可行。农业生物学实验教学中心PCR反应循环72℃94℃55℃PCR循环变性退火延伸农业生物学实验教学中心PCR的指数扩增（2n）引物延伸延伸5’5’3’3’变性、退火变性、退火农业生物学实验教学中心TaqP1P2PCR反应体系dATPdTTPdGTPdCTPMg2+模板：DNA引物：P1P2DNA聚合酶：Taq原料：dNTP反应缓冲液辅助因子：Mg2+农业生物学实验教学中心1）PCR反应成分（1）模板单、双链DNA均可。不能混有蛋白酶、核酸酶、DNA聚合酶抑制剂、DNA结合蛋白类。DNA模板一般100ng/100L。模板浓度过高会导致反应的非特异性增加。PCR反应条件农业生物学实验教学中心（2）引物浓度0.1-0.5mol/L浓度过高易导致模板与引物错配,反应特异性下降。（3）TaqDNA聚合酶0.5-2.5U/50l酶量增加使反应特异性下降;酶量过少影响反应产量。农业生物学实验教学中心（4）dNTPdNTP浓度取决于扩增片段的长度四种dNTP浓度应相等浓度过高易产生错误碱基的掺入,浓度过低则降低反应产量dNTP可与Mg2+结合,使游离的Mg2+浓度下降,影响DNA聚合酶的活性。农业生物学实验教学中心（5）Mg2+Mg2+是DNA聚合酶的激活剂。适宜浓度为0.5-2.5mmol/L反应体系。Mg2+浓度过低会使Taq酶活性丧失、PCR产量下降；Mg2+过高影响反应特异性。Mg2+可与负离子结合,所以反应体系中dNTP、EDTA等的浓度影响反应中游离的Mg2+浓度。农业生物学实验教学中心2）循环参数(1)变性使双链DNA解链为单链94℃，20-30秒(2)退火温度由引物长度和GC含量决定。增加温度能减少引物与模板的非特异性结合;降低温度可增加反应的灵敏性。农业生物学实验教学中心（3）延伸70-75℃,一般为72℃延伸时间由扩增片段长度决定（4）循环次数主要取决于模版DNA的浓度一般为25-35次次数过多：扩增效率降低错误掺入率增加农业生物学实验教学中心PCR技术的特点1）高度的灵敏性30轮循环扩增量达230个拷贝（109拷贝）PCR产物每轮循环增加一倍农业生物学实验教学中心2）特异性引物引物引物的序列及其与模板结合的特异性是决定PCR反应结果的关键。引物设计的最大原则是最大限度地提高扩增效率和特异性；同时尽可能减少非特异性扩增。农业生物学实验教学中心引物设计：（1)序列应位于高度保守区,与非扩增区无同源序列。（2）引物长度以15-40bp为宜。（3）碱基尽可能随机分布,G+C占40-60%。（4）引物内部避免形成二级结构。（5）两引物间避免有互补序列。（6）引物3’端为关键碱基；5’端无严格限制。农业生物学实验教学中心3）操作简便易行利用PCR扩增,只需要数小时,就可以扩增出可用电泳法检出的DNA，可用于检测基因组中仅含数个拷贝的模板序列。农业生物学实验教学中心1）不对称PCR目的：扩增产生特异长度的单链DNA。方法：采用两种不同浓度的引物。分别称为限制性引物和非限制性引物,其最佳比例一般是0.01∶0.5μM,关键是限制性引物的绝对量。用途：制备核酸序列测定的模板；制备杂交探针；基因组DNA结构功能的研究PCR的类型高浓度引物低浓度引物农业生物学实验教学中心2)反向PCR(reversePCR)用反向的互补引物来扩增两引物以外的DNA片段，对某个已知DNA片段两侧的未知序列进行扩增。未知序列未知序列已知序列农业生物学实验教学中心已知序列未知序列未知序列限制酶限制酶连接酶农业生物学实验教学中心3）多重PCR（复合PCR）用于检测特定基因序列的存在或缺失。农业生物学实验教学中心电泳引物12341234农业生物学实验教学中心4）LP-PCR（Labelledprimers)利用同位素、荧光素等对ＰＣＲ引物进行标记,用以直观地检测目的基因。特别适合大量临床标本的基因诊断可同时检测多种基因成分农业生物学实验教学中心标记引物ＰＣＲ观察PCR产物农业生物学实验教学中心5）锚定PCR（anchoredPCR,A-PCR）锚定PCR首先合成第一链cDNA,然后再添加一同聚物尾（polydG),与同聚物尾配对的3’锚定引物（带有限制性内切位点polydC)一起作PCR扩增农业生物学实验教学中心cDNA末端核酸转移酶3’GG…GG5’CC…CC锚定引物3’GG…GG5’CC…CC3’GG…GGCC…CC农业生物学实验教学中心6）PCR固相分析法模板生物素化引物PCR扩增探针亲和固相介质检测探针信号可用于基因芯片的制作农业生物学实验教学中心7）原位ＰＣＲ原位聚合酶链式反应（InStillPCR,Is－PCR）是由Haase等于1990年首创。它是利用完整的细胞作为一个微小的反应体系来扩增细胞内的目的片段,在不破坏细胞的前提下,利用一些特定的检测手段来检测细胞内的扩增产物。直接用细胞涂片或石蜡包埋组织切片在单个细胞中进行ＰＣＲ扩增。可进行细胞内定位和检测病理切片中含量较少的靶序列。农业生物学实验教学中心操作步骤1.细胞或组织固定：细胞经固定和乙醇通透化处理后便适于一般PCR试剂（包括引物和Taq酶）进入2.PCR扩增细胞内目的片段3.原位杂交检测扩增产物A.阳性对照B.阴性对照C.原位检测mRNA表达农业生物学实验教学中心8）ＲＴ－ＰＣＲ逆转录酶ＤＮＡ聚合酶mRNAcDNA杂化双链PCR扩增农业生物学实验教学中心9)荧光定量PCR（real-timePCR)通过荧光染料或荧光标记的特异性的探针,对PCR产物进行标记跟踪,实时在线监控反应过程,结合相应的软件可以对结果进行分析,计算待测样品的初始模板量。内掺式染料SYBRGreenI序列特异性探针TaqmanMolecularBeaconsDualProbes(FRET)引物特异性探针Amplifluor(Intergen)农业生物学实验教学中心5’3’5’3’SGSGSGSGSGExcitationEmissionSYBR-GreenI农业生物学实验教学中心实时荧光定量PCR仪梯度PCR仪普通PCR仪农业生物学实验教学中心PCR示例一、实验目的学习PCR分析的原理与技术。农业生物学实验教学中心1、材料：含1Kb插入片段的克隆载体Pmd18-T质粒DNA2、仪器：微量移液器及吸头、PCR仪及PCR管琼脂糖凝胶电泳设备3、试剂：10XPCR反应缓冲液25mmol/LMgCl210mmol/LdNTP10μmol/L引物1和引物2二、实验材料、仪器和试剂农业生物学实验教学中心1.按照如下体积向PCR管中按顺序加入各试剂并混匀：10XPCR反应缓冲液2.5μL25mmol/LMgCl22.0μL10mmol/LdNTP1.0μL10μmol/L引物11.0μL10μmol/L引物21.0μL质粒DNA1.0μLTaq0.1μL(5U)水补充至25.0μL三、操作步骤农业生物学实验教学中心2.按照如下体积向PCR管中按顺序加入各试剂并混匀：10XPCR反应缓冲液2.5μL25mmol/LMgCl22.0μL10mmol/LdNTP1.0μL10μmol/L引物11.0μL10μmol/L引物21.0μL质粒DNA1.0μLTaq0.1μL(5U)水补充至25.0μL三、操作步骤农业生物学实验教学中心农业生物学实验教学中心3.反应完成后,将反应液与凝胶电泳缓冲液按比例混匀,上样电泳。三、操作步骤琼脂糖凝胶电泳农业生物学实验教学中心