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聚合酶链反应(PCR)技术体外扩增DNA
作者:佚名 来源:生物秀 时间:2007-7-3
    基本原理
    聚合酶链反应(polymerase chain reaction, PCR)是体外酶促合成特异 DNA片段的一种技术。利用PCR技术可在数小时之内大量扩增目的基因或DNA片段,从而免除基因重组和分子克隆等一系列繁琐操作。由于这种方法操作简单、实用性强、灵敏度高并可自动化,因而在分子生物学、基因工程研究以及对遗传病、传染病和恶性肿瘤等基因诊断和研究中得到广泛应用。
    PCR进行的基本条件是:
    (1)以 DNA为模板(在RT-PCR中模板是RNA);
    (2)以寡核苷酸为引物;
    (3)需要4种dNTP作为底物;
    (4)有 Taq DNA聚合酶。
    PCR每一个循环由三个步骤组成:
    (1)变性  加热模板DNA,使其解离成单链;
    (2)退火  降低温度,使人工合成的寡聚核苷酸引物在低温条件下与模板DNA所需扩增序列结合;
    (3)延伸  在适宜温度下,Taq DNA聚合酶利用dNTP使引物端向前延伸,合成与模板碱基序列完全互补的DNA链。
    每一个循环产物可作为下一个循环的模板,因此通过35个循环后,目标DNA 片段可能性扩增可达235倍。
    PCR的影响因素:
    (1)模板   单、双链DNA或RNA都可作为PCR的模板,若起始材料是RNA,需先通过逆转录反应得到一条cDNA。为提高PCR反应的特异性,所加DNA模板量应作相应的调整,如克隆DN A(ng),染色体DNA(μg), 待扩增片段(104拷贝数量)来作起始材料。原料可以是粗制品,但不能混有蛋白酶、核酸酶、TaqDNA聚合酶抑制剂以及任何能结合DNA的蛋白质。
    (2)引物   引物是决定PCR结果的关键。引物的设计应遵循以下原则:
    ①引物的长度一般为18-25个碱基
    ②G+C含量一般为40-60%
    ③碱基的随机分布
    (3)反应温度和时间   PCR涉及变性、退火、延伸三个不同温度和时间。通常变性温度和时间为95℃,45秒至1分钟,过高温度或持续时间过长会降低TaqDNA聚合酶活性和破坏dNTP分子。退火温度可选择比变性温度(Tm )低2-3℃,变性温度按Tm =4(G+C)%+2(A+T)%计算。在Tm 值允许的范围内,较高的退火温度有利于提高PCR特异性,退火时间一般为0.5-1分钟。延伸温度为72℃,时间与待扩增片段长度有关,一般1Kb 以内片段延伸时间为1分钟,如扩增片段较长可适当增加时间。
    (4)Taq DNA聚合酶  目前有两种Taq DNA聚合酶供应:从噬热水生菌中提取的天然酶和大肠杆菌表达的重组TaqDNA聚合酶(Ampli TaqTM )。两种酶都有5’-3’外切酶活性,但均缺乏3’-5’外切酶活性。在PCR中,它们可以相互替代,催化典型的PCR所需酶量为l~2.5单位。酶量偏少则PCR产物相应减少,酶量过高则会增加非特异性反应。
    (5)dNTP浓度   dNTP在饱和浓度(200 μmol/L)下使用。由于 dNTP溶液有较强酸性,配制时可用 l mol/L NaOH溶液将其贮存液(50 mmol/L)的 pH调至 7.0~7. 5。分装小管于-20℃保存。过多冻融会使其降解。 (6)PCR缓冲溶液   在反应体系中二价阳离子的存在至关重要,镁离子优于锰离子,而钙离子无效。它对引物与模板的结合、产物特异性、错配率、引物二聚体的生成及酶的活性等方面有较大影响,镁离子浓度一般在 0. 5~2. 5 mmol/L之间。每当首次使用靶序列和引物的一种新组合时,尤其要调整Mg+2浓度至最佳。   
    本实验从小鼠肝脏中提取的基因组DNA中扩增β-actin基因,其片段长度为800 bp。
    器材
    PCR扩增仪、掌式离心机、0.5ml PCR 管
    试剂
    1.PCR扩增试剂盒
    2.引物1:5ˊATCTGGCACCACACCTTCTACAATG 3ˊ
    引物2:5ˊCGTCACACTCCTGCTTGCTGATCCACATCTGC 3ˊ
    3.标准DNA:DL 2000
    操作步骤
    1.在0.5ml PCR塑料管中加入下列物质,并混匀。

    10×PCR buffer(free Mg +2)

    5μl

    25mmol /L  MgCl2
    dNTP

    3μl
    4μl

    引物1

    0.5μl

    引物2

    0.5μl

    Taq(5U/μl)

    0.25μl

    模板(基因组DNA< 0.1μg )

    5μl

    ddH2O
    总体积

    31.75μl
    50μl

    2.将上述PCR反应混合物混匀放入PCR仪中。

    3PCR循环:     94

    5 min

    1个循环

    94

    45 Sec

     

    55
    72

    45 Sec45 Sec

    30个循环

                       72

    7 min

    延伸

    3.PCR产物鉴定:取10μl PCR产物加2μl上样缓冲液,1%琼脂糖电泳。

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