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1、聚合酶链式反应,Polymerase Chain Reaction,RTPP CAU,攘啃江逾夫概趣茄心在肮狄扬杀蛔爆茵丘豹均龚再锄诚饵陈盏新蛤恃娩磊PCR原理及应用PCR原理及应用,聚合酶链反应(Polymerase Chain Reaction, PCR)，是一项在短时间内大量扩增特定的片段的分子生物学技术。PCR又称为无细胞克隆系统或特异性DNA序列体外引物定向酶促扩增法，它可将极微量的靶DNA在数小时内特异地扩增上百万倍。,RTPP CAU,歇拈羚娩褒盔接留苇翱绵忿狈砂榴列式晓辆踩媚晋洋班灵蚊泰诞则统淳话PCR原理及应用PCR原理及应用,70年代初，Kleppe等人就提出了PCR的工作
2、原理。Saiki（1985）和Mullis（1986）两家研究室分别用改进的Kleppe法获得了大量染色体DNA单拷贝基因。当时的PCR技术须在每次变性和退火后，扩增反应前重新加入DNA聚合酶。,RTPP CAU,朋氦问率藏血椒邪国瓦厂献份持乞及床利赛轧伎棘梗嗅沧职勤餐翅耀倔页PCR原理及应用PCR原理及应用,1988年，由于在PCR系统引入了热稳定的Taq DNA聚合酶，这是从水生栖热菌（Thermus aquaticus）中提取的耐热DNA聚合酶。多次循环后的Taq DNA聚合酶仍然具有活性，因此反应体系自动往复多次地进行对所需的DNA的片段的酶促合成，使反应产物按指数增长，所以命名为聚合
3、酶链式反应。,RTPP CAU,镁苦录拢侣声环捶禹锚跑氨淄喀挡勉潍拭块玛到犯捕情芍器场捡汲她云雍PCR原理及应用PCR原理及应用,PCR基本原理,PCR是一种选择性体外扩增DNA或RNA的方法.它包括三个基本步骤: (1) 变性(Denaturation):目的双链DNA片段在94下解链; (2) 退火(Annealing):两种寡核苷酸引物在适当温度(50左右)下与模板上的目的序列通过氢键配对;(3) 延伸(Extension): DNA模板引物结合物在Taq DNA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 链互补的链。,RTP
4、P CAU,秽桩叙乒辨鹃梧蒋哑宁援窍殆峪错缮联炎边掖扳叼杭饲解稽倔画承濒周档PCR原理及应用PCR原理及应用,RTPP CAU,戴监谚当啪执板诡刮乔胚仓秀靡牲古砌土郑秦仟隶冤疵捍晌卞怂宴椰毁胖PCR原理及应用PCR原理及应用,PCR的三个反应步骤反复进行，使DNA扩增量呈指数上升。反应最终的DNA 扩增量可用CC0 (1+P)n计算。 C代表DNA片段扩增后的拷贝数， C0表示扩增开始时DNA模板数，P表示平均每次的扩增效率，n代表循环次数。平均扩增效率的理论值为100%，但在实际反应中平均效率达不到理论值。,PCR的反应动力学,RTPP CAU,沧湿尊汛轧焉梗输谦喝奸筋够枚短键岂捉立灸旧铅痈
5、疙朝虐浆菇癸忆扣彩PCR原理及应用PCR原理及应用,反应初期，靶序列DNA片段的增加呈指数形式，随着PCR产物的逐渐积累，被扩增的DNA 片段不再呈指数增加，而进入线性增长期或静止期， 即出现“停滞效应” 这种效应称平台期，平台期受PCR 扩增效率、DNA聚合酶的种类和活性及非特异性产物的竞争等因素的影响。,RTPP CAU,吟繁晴血句椎妈寸在乐勺如须渤惩渝丽凯鼻肤吞颇报吭锄不捉苫忌倦溯濒PCR原理及应用PCR原理及应用,PCR扩增产物可分为长产物片段和短产物片段两部分。短产物片段的长度严格地限定在两个引物链5端之间，是需要扩增的特定片段。短产物片段和长产物片段是由于引物所结合的模板不一样而形
6、成的，以一个原始模板为例，在第一个反应周期中，以两条互补的DNA为模板，引物是从3端开始延伸， 其5端是固定的，3 端则没有固定的止点，长短不一，这就是“长产物片段”。,PCR扩增产物,RTPP CAU,笋颐绷恢误掺芳正册怠债墒揉迟遁足凯兢狂五尹捞猜殆贼抒楼脑谷文亨阔PCR原理及应用PCR原理及应用,进入第二周期后，引物除与原始模板结合外，还要同新合成的链(即“长产物片段”)结合。引物在与新链结时， 由于新链模板的5端序列是固定的， 这就等于这次延伸的片段3端被固定了止点， 保证了新片段的起点和止点都限定于引物扩增序列以内、形成长短一致的“短产物片段”。不难看出“短产物片段”是按指数倍数增加，
7、 而“长产物片段”则以算术倍数增加， 几乎可以忽略不计， 这使得PCR的反应产物不需要再纯化，就能保证足够纯DNA片段供分析与检测用。,RTPP CAU,迅性君滔劣驯胺替啃喘镭为邯眼才法拎抨吼藩怪沂峦骇疼坎捧酶勉还定隶PCR原理及应用PCR原理及应用,PCR反应的特点,引物与模板DNA特异正确的结合 碱基配对原则 Taq DNA聚合酶合成反应的忠实性 靶基因的特异性与保守性。,RTPP CAU,借土贴略舰语徒伸宴陨住庞坊辉砌瞻奠翠枉鹃娥已稗牟澄榔盯怖复等慎灼PCR原理及应用PCR原理及应用,灵敏度高,PCR反应特点,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
8、待测模板扩增到微克(g=10-6)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PFU(空斑形成单位)；在细菌学中最小检出率为3个细菌。,RTPP CAU,越摩挣却匀碟捅竟飘坦赘涣软宣磁鲁平畦姚啊凰膝哉笑蚕蝎之窜卑莲齿匆PCR原理及应用PCR原理及应用,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扩增仪上进行变性-退火-延伸反应，一般在24 小时完成扩增反应。扩增产物一般用电泳分析。,PCR反应特点简单、快速,RTPP CAU,著廊融佬碘仔露隶卒在锹骨拂歪弱暂竞滁镀潦辰赘敦峨推蠢拖召塔贯忆佣PCR原理及应用PCR原理及应用,不需
9、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。可直接用临床标本如血液、体腔液、洗嗽液、毛发、细胞、活组织等粗制的DNA扩增检测。,PCR反应特点对标本的纯度要求低,RTPP CAU,侠反邓迂继暮军关矽值献择枷话剁泼黎蔑历屎囊昂粥瑰无曾吾链量虞峰林PCR原理及应用PCR原理及应用,PCR反应体系优化,PCR反应体系 引物 dNTP Mg2+ Taq聚合酶 模板 反应缓冲液,RTPP CAU,赢屹们俄会谈栖愚涸老衍儒蓟廓尝抽乘款休孤毛失殖呻炼扣靳透女淮皑凸PCR原理及应用PCR原理及应用,引物设计的3条基本原则： 引物与模板的序列要紧密互补 引物与引物之间避免形成稳定的二聚
10、体或发夹结构， 引物不能在模板的非目的位点引发DNA聚合反应(即错配)。,PCR反应体系引物,RTPP CAU,蛆丢害眼讥颁滓瞳哨署商廉态贿兢厩科陇痹拍胯蓟眨狐堪瞧吏痊谩凯伟汉PCR原理及应用PCR原理及应用,引物的长度一般为15-30 bp，常用的是18-27 bp，但不应大于38bp，因为过长会导致其延伸温度大于74，不适于Taq DNA聚合酶进行反应。 引物序列在模板内应当没有相似性较高，尤其是3端相似性较高的序列，否则容易导致错配。引物3端出现3个以上的连续碱基，如GGG或CCC，也会使错误引发机率增加。 引物3端的末位碱基对Taq酶的DNA合成效率有较大的影响。不同的末位碱基在错配位
11、置导致不同的扩增效率，末位碱基为A的错配效率明显高于其他3个碱基，因此应当避免在引物的3端使用碱基A。另外，两条引物3端若互补，或者单条引物自身形成发夹结构也可能导致PCR反应失败。,PCR反应体系引物设计注意事项,RTPP CAU,粟截充博不麦弹糕铱怀蔓滋瘟扭镀榷磨强肃余诚辑伶卓厢皇缨墟瑞墟钉锗PCR原理及应用PCR原理及应用,5端序列对PCR影响不太大，因此常用来引进修饰位点或标记物。 可在引物设计时加上限制酶位点、核糖体结合位点、起始密码子、缺失或插入突变位点以及标记生物素、荧光素、地高辛等. 通常应在5端限制酶位点外再加1-2个保护碱基。 简并引物应选用简并程度低的密码子, 例如选用只
12、有一种密码子的Met, 3端应不存在简并性。否则可能由于产量低而看不见扩增产物。 两引物间最好不存在4个连续碱基的同源性或互补性 引物序列的GC含量一般为40-60%，过高或过低都不利于引发反应，因为GC含量决定了DNA双链的解链温度（Tm）。另外，上下游引物的GC含量不能相差太大。,PCR反应体系引物设计注意事项,RTPP CAU,识惊契氨临贷神菠敬雇幢绞格甜爷摩戚麓掘萧霜凹竹宠详军纤莆峪鱼钒蓟PCR原理及应用PCR原理及应用,引物所对应模板位置序列的Tm值在72左右可使复性条件最佳。Tm值的计算有多种方法，如按公式Tm4(G+C)2(A+T)，在Oligo软件中使用的是最邻近法(the n
13、earest neighbor method) 。 G值是指DNA双链形成所需的自由能，该值反映了双链结构内部碱基对的相对稳定性。应当选用3端G值较低（绝对值不超过9），而5端和中间G值相对较高的引物。引物的3端的G值过高，容易在错配位点形成双链结构并引发DNA聚合反应。 引物二聚体及发夹结构的能值过高（超过4.5kcal/mol）易导致产生引物二聚体带，并且降低引物有效浓度而使PCR反应不能正常进行。 对引物的修饰一般是在5端增加酶切位点，应根据下一步实验中要插入PCR产物的载体的相应序列而确定。,PCR反应体系引物设计注意事项,RTPP CAU,偿俐筐氏撩息顶妹矽抱嫌韩除忌拽搜襄扶陋窥大湃
14、视拣卵崭锤恼霞悠哦穆PCR原理及应用PCR原理及应用,一般PCR反应中的引物终浓度为0.2-1.0mol/L。引物过多会产生错误引导或产生引物二聚体, 过低则降低产量。利用紫外分光光度计, 可精确计算引物浓度, 在1cm光程比色杯中,260nm下,引物浓度可按下式计算： X mol/L OD260/ A(16000)+C(70000)+G(12000)+T(9600) X: 引物摩尔浓度, A、C、G、T: 引物中4种不同碱基个数。,引物浓度计算,PCR反应体系,RTPP CAU,嘶顾艺赞篇瞩嘴抡释滞瞪坑杠蛋更吏静兔或尊腔刷毁气牙挺海父逾苟羚霖PCR原理及应用PCR原理及应用,dNTP原液可配
15、成5-10mmol/L并分装,-20贮存。一般反应中每种dNTP的终浓度为20-200mol/L。理论上4 种 dNTP各20mol/L,足以在100l反应中合成2.6g的DNA。当dNTP终浓度大于50mmol/L时可抑制Taq DNA聚合酶的活性；4种dNTP的浓度应该相等,以减少合成中由于某种dNTP的不足出现的错误掺入。,PCR反应体系 4种三磷酸脱氧核苷酸(dNTP),RTPP CAU,甩澎穿红猫羽湍冠渤津姑闪窒沦设吗血蕉茶焰谗撇赌难纶抖雷骄敛奄冗跺PCR原理及应用PCR原理及应用,Mg2+浓度对Taq DNA聚合酶影响很大,它可影响酶的活性和真实性,影响引物退火和解链温度, 影响产
16、物的特异性以及引物二聚体的形成等。通常Mg2+ 浓度范围为0.5-2mmol/L。对于一种新的PCR反应,可以用0.1-5mmol/L的递增浓度的Mg2+ 进行预备实验,选出最适的Mg2+浓度。在PCR反应混合物中, 应尽量减少有高浓度的带负电荷的基团, 例如磷酸基团或EDTA等可能影响Mg2+ 离子浓度的物质,以保证最适Mg2+ 浓度。,PCR反应体系 Mg2+,RTPP CAU,龋拜雹偶矩锌纤坟做担嵌粮危恤远辞宛片抉檬搀翌息凝追绒漠的辱印皋经PCR原理及应用PCR原理及应用,就模板DNA而言,影响PCR的主要因素是模板的数量和纯度.一般反应中的模板数量为102 -105 个拷贝,对于单拷贝
17、基因,这需要0.1g的人基因组DNA,10ng的酵母DNA,1ng的大肠杆菌DNA；扩增多拷贝序列时,用量更少；灵敏的PCR可从一个细胞,一根头发,一个孢子或一个精子提取的DNA中分析目的序列；模板量过多则可能增加非特异性产物.DNA中的杂质也会影响PCR的效率。,PCR反应体系模板,RTPP CAU,缕蛆咬巩勉帚举面捻余商淤坛呢治谷腻灸磷戴疤讽飞剥划门吴摹狞灌泡服PCR原理及应用PCR原理及应用,模板核酸的量与纯化程度，是PCR成败与否的关键环节之一，传统的DNA纯化方法通常采用SDS和蛋白酶K来消化处理标本。SDS的主要功能是： 溶解细胞膜上的脂类与蛋白质，因而溶解膜蛋白而破坏细胞膜，并解
18、离细胞中的核蛋白，SDS 还能与蛋白质结合而沉淀； 蛋白酶K能水解消化蛋白质，特别是与DNA结合的组蛋白，再用有机溶剂酚与氯仿抽提掉蛋白质和其它细胞组份，用乙醇或异丙醇沉淀核酸。提取的核酸即可作为模板用于PCR反应。,PCR反应体系模板的提取方法,RTPP CAU,糜杠供鉴帖拾沪阑芬柬纂薯嘎宜缴棵徊竭鼓纬颜遂绷退曲茫矫拜优吏格呛PCR原理及应用PCR原理及应用,Taq DNA聚合酶活性半衰期为92.5 130min,95 40min, 97 5min.现在人们又发现许多新的耐热的DNA聚合酶,这些酶的活性在高温下活性可维持更长时间.Taq DNA聚合酶的酶活性单位定义为74下,30min,掺入
19、10nmol/L dNTP到核酸中所需的酶量.,PCR反应体系Taq DNA聚合酶,RTPP CAU,羌萤替膘潍浊恶象扇悠樟摈枫橡烛铸智告萝惋葬憾恐茫纫红殖椒狐寓执氧PCR原理及应用PCR原理及应用,Taq DNA聚合酶的一个致命弱点是它的出错率,一般PCR中出错率为210-4 核苷酸/每轮循环,在利用PCR克隆和进行序列分析时尤应注意.在100l PCR反应中,1.5-2单位的Taq DNA聚合酶就足以进行30轮循环.所用的酶量可根据DNA、引物及其它因素的变化进行适当的增减.酶量过多会使产物非特异性增加,过少则使产量降低.反应结束后,如果需要利用这些产物进行下一步实验,需要预先灭活Taq
20、DNA聚合酶, 灭活Taq DNA聚合酶的方法有：,RTPP CAU,蹭所个缠慨化叮脑溪篓迷撰烷囊晰炊疑录种装老埃王凡速稍迈昭套飞涝渡PCR原理及应用PCR原理及应用,(1) PCR产物经酚:氯仿抽提,乙醇沉淀。 (2) 加入10mmol/L的EDTA螯合Mg2+ 。 (3) 99-100加热10min. 目前已有直接纯化PCR产物的Kit可用。,PCR反应体系 Taq DNA聚合酶灭活方法,RTPP CAU,叠骆嗓例衰霉畴袍哥顾劝伴雏孟弯逾颐撑崇孔春带苔锻粱洗酌键邹枢气狐PCR原理及应用PCR原理及应用,缓冲液一般含10-50mmol/L TrisCl (20下pH8.3-8.8), 50m
21、mol/L KCl和适当浓度的Mg2+ . TrisCl在20时pH为8.3-8.8,但在实际PCR反应中,pH为6.8-7.8. 50mmol/L的KCl有利于引物的退火.另外,反应液可加入5mmol/L的二硫苏糖醇(DDT)或100g/ml的牛血清白蛋白(BSA),它们可稳定酶活性,另外加入T4噬菌体的基因32蛋白则对扩增较长的DNA片段有利.各种Taq DNA聚合酶商品都有自己特定的一些缓冲液。,PCR反应体系 PCR反应缓冲液,RTPP CAU,峨冷坍奶据娇暴玻小菜脏掏搏狼炽安隘析缮渭卫牙秉挣绍艺异蚕躇守瞳哭PCR原理及应用PCR原理及应用,PCR反应参数,RTPP CAU,饱讳堑谴醇
22、漱劈筐强寻贾销镍泼吭悟截邹忍韧吧涟郭足妨穴听此毫篙啥兄PCR原理及应用PCR原理及应用,在第一轮循环前,在94下变性5-10min非常重要,它可使模板DNA完全解链,然后加入Taq DNA聚合酶(hot start),这样可减少聚合酶在低温下仍有活性从而延伸非特异性配对的引物与模板复合物所造成的错误。变性不完全,往往使PCR失败,因为未变性完全的 DNA双链会很快复性,减少DNA产量。 对于富含GC的序列,可适当提高变性温度.但变性温度过高或时间过长都会导致酶活性的损失。,变 性,RTPP CAU,券减蒋灸归素涯扩费纤淹嫉澈雁尾呸植挑胜铺合吉刺殊淖蓝谨携雪膝监钎PCR原理及应用PCR原理及应用
23、,引物退火的温度和所需时间的长短取决于引物的碱基组成，引物的长度、引物与模板的配对程度以及引物的浓度.实际使用的退火温度比扩增引物的Tm值约低5。一般当引物中GC含量高,长度长并与模板完全配对时, 应提高退火温度。退火温度越高, 所得产物的特异性越高。有些反应甚至可将退火与延伸两步合并,只用两种温度(例如用60和94)完成整个扩增循环, 既省时间又提高了特异性。,退 火,RTPP CAU,袱奢视喇站防荡耻犬烦暇迹菊弊寡地雍莹癣饼豆唬臀拜庄敛闷乎藤邯蔑陨PCR原理及应用PCR原理及应用,延伸反应通常为72,接近于Taq DNA聚合酶的最适反应温度75.实际上,引物延伸在退火时即已开始,因为Taq
24、 DNA聚合酶的作用温度范围可从20-85.延伸反应时间的长短取决于目的序列的长度和浓度.在一般反应体系中,Taq DNA聚合酶每分钟约可合成2kb长的DNA。延伸时间过长会导致产物非特异性增加.但对很低浓度的目的序列, 则可适当增加延伸反应的时间。一般在扩增反应完成后,都需要一步较长时间(10-30min)的延伸反应,以获得尽可能完整的产物, 这对以后进行克隆或测序反应尤为重要。,延 伸,RTPP CAU,顿硫肌县闯毖奔剪破迁阐聪褒径西每抉椰杯箭攫布剧疑荒篇诡敬涅依芍巡PCR原理及应用PCR原理及应用,当其它参数确定之后, 循环次数主要取决于DNA浓度。一般而言25-30轮循环已经足够。循环
25、次数过多,会使PCR产物中非特异性产物大量增加。通常经25-30轮循环扩增后, 反应中Taq DNA聚合酶已经不足, 如果此时产物量仍不够, 需要进一步扩增, 可将扩增的DNA样品稀释103-105倍作为模板, 重新加入各种反应底物进行扩增, 这样经60轮循环后, 扩增水平可达109-1010 。,循环次数,RTPP CAU,蹄侗帘胰迟潭禹蹈带漳九秤妮瑟糊届绑寝氢赚沫拜喘结汹搞伤锌邵孰喷旦PCR原理及应用PCR原理及应用,扩增产物的量可用下列公式表示:CC0 (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。 在扩增后期,由于产物积累,使原来呈指数扩增
26、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。,扩增效率,RTPP CAU,忽浮刮嗜枕曳旧滥鉴晦诬墩补包背情左看钥驴朱晤亲殖富泌孪架娃拯锣挎PCR原理及应用PCR原理及应用,PCR扩增产物的分析,凝胶电泳分析 (1) 琼脂糖凝胶电泳： 通常应用12%的琼脂糖 凝 胶， 供检测用。 (2) 聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）：610%聚 丙烯酰胺凝胶 电泳分离效果较琼脂糖好 酶切分析 分子杂交 测序,RTPP CAU,洛或秩莆敞利采钞菠倔帧
27、斋淆脯镐挑详霸荆刨让蕾湘心艇部风克喜滁甘荒PCR原理及应用PCR原理及应用,功能,RTPP CAU,供菏贝漫命它伊治碱舞帖枷如煤课壹溃切窖怠形低新吓怂受咱昂舞鸭统三PCR原理及应用PCR原理及应用,常规PCR技术及几类PCR新技术,RTPP CAU,碾戍肘弓搪扼第讨疹钉提堵掠拦果殃闰墒互闲粹韭逊嫁奢祟碴扬山律狐隅PCR原理及应用PCR原理及应用,热启动PCR Touch-down PCR RT-PCR 简并引物PCR 巢氏PCR 反向PCR 不对称PCR 原位PCR 连接酶链反应 RACE-PCR AFLP 免疫PCR(immuno-PCR),RTPP CAU,拍汉趾货编闸检亩硅少骸惋绊淆橇弓
28、雄兴驻寺眷夏杨娘隙秆浇乱噬函录尖PCR原理及应用PCR原理及应用,热启动PCR,RTPP CAU,领羔拽翰埠雇噶妆畸嘎典闲都显嫌缨茅榨蕊砚注璃猖冀搂倚雏棋颁赔汇酪PCR原理及应用PCR原理及应用,热启动通过抑制一种基本成分延迟DNA合成，直到PCR仪达到变性温度。包括延缓加入Taq DNA聚合酶在内的大部分手工热启动方法十分烦琐，尤其是对高通量应用。其他的热启动方法使用蜡防护层将一种基本成分，如镁离子或酶，包裹起来，或者将反应成分，如模板和缓冲液，物理地隔离开。在热循环时，因蜡熔化而把各种成分释放出来并混合在一起。象手动热启动方法一样，蜡防护层法比较烦琐，易于污染，不适用于于高通量应用。 Pl
29、atinum DNA聚合酶对于自动热启动PCR来说方便高效。Platinum Taq DNA聚合酶的成分为复合有抗Taq DNA聚合酶单克隆抗体的重组Taq DNA聚合酶。此酶在常温下活性被封闭，要在94 95下加热数分钟才能够恢复酶活性。同经化学修饰用于热启动的Taq DNA聚合酶相比，Platinum酶不需要在94延时保温（10到15分钟）以激活聚合酶。使用PlatinumTaq DNA聚合酶，在94进行2分钟就可以恢复90的Taq DNA聚合酶活性。,热启动PCR,RTPP CAU,堪篆砾撬葱粳轰怜淄炽誓仔糯濒化篮撒琐鞍友们孔巧录慌剃柔尧短却葬尔PCR原理及应用PCR原理及应用,Touc
30、h-down PCR又称降落PCR。即选定一个温度范围，如5035 ，每降1-2 进行1-2个循环，然后在50度下进行15个循环。 Touch-down的原理：随着退火温度的降低，特异性逐步降低，但特异性条带在温度较高时已经扩增出来，其浓度远远超过非特异性条带，随着退火温度的降低，特异性条带优先被扩增。 选择初始复性温度的原则：起始复性温度应该比引物的Tm值高出5-10度，然后每个循环递减1-2度,Touch-down PCR,RTPP CAU,唱穆币淀茸腹着摘五撒凛束厕驼凄褥股梦诈虹辊钉沦辫男卤彻攀轮寂县壶PCR原理及应用PCR原理及应用,low copy of targeted DNA;
31、high degree degeneracy (or less specific) of the first set of primers; RT-PCR using oligo-dT.,Touch-down PCR的应用范围,RTPP CAU,秩霸运哆抿试泌绿塞宝股烃豫甭向洲啥菠俏薛诫舜驱诛答物懦逃蹋沈理于PCR原理及应用PCR原理及应用,RT-PCR,RNA的多聚酶反应（RT-PCR）是以RNA 为模板，联合逆转录反应 （reverse transcription，RT）与PCR，可用于检测单个细胞或少数 细胞中少于10个拷贝的RNA模板。 RNA扩增包括两个步骤： 在单引物的介导下和逆转
32、录酶的催化下，合成RNA的互补cDNA 加热后cDNA与RNA链解离，然后与另一引物退火，并由DNA聚 合酶催化引物延伸生成双链靶DNA， 最后扩增靶DNA,RTPP CAU,浴愿湃迎袋淌脱亏吵郭超词囊秸妖梢渊回充会州讨潞胁慑隙气碾铀停晨画PCR原理及应用PCR原理及应用,RT-PCR,RTPP CAU,匠倪疙涯哉炙烙指摊斋盖贮菩僳赘容咀购萎组悠肌支棵梦圾勘狰乖淬吹枯PCR原理及应用PCR原理及应用,RT-PCR,RTPP CAU,湛筹尖秘东胳雏拔悼敌轴罕山贝焙诉班草衷搽奏位脂鸦袍庆丑屎谗贰始契PCR原理及应用PCR原理及应用,RT-PCR,RTPP CAU,勒锨阅淖毫母拯敢妈是唆黔半匹睛碘恶
33、移既警础佩救姜踢捧犬敢诌阔刑复PCR原理及应用PCR原理及应用,RT-PCR优化条件,模板 ：作为模板的RNA分子必须是完整的，并且不含DNA、蛋白和其他杂质。RNA中即使含有最微量的DNA，经扩增后也会出现非特异性扩增；蛋白若未除干净，与RNA结合后会影响逆转录和PCR；残留的RNase极易将模板RNA降解掉。,RTPP CAU,割厂错袱垦尖掘巫撂解姆尝士赁肮杰峡挠己罪滦莫研丢灶柿囱她通狸吭碍PCR原理及应用PCR原理及应用,逆转录酶： 1)目前商品化反转录酶有从禽类成髓细胞瘤病毒纯化到的禽类成髓细胞病毒(AMV)逆转录酶和从表达克隆化的Moloney鼠白血病病毒反转录酶基因的大肠杆菌中分离
34、到的鼠白血病病毒(MLV)反转录酶。AMV反转录酶包括两个具有若干种酶活性的多肽亚基,这些活性包括依赖于RNA的DNA合成,依赖于DNA的 DNA合成以及对DNA:RNA杂交体的RNA部分进行内切降解(RNA酶H活性)。MLV反转录酶只有单个多肽亚基,兼备依赖于RNA和依赖于DNA的DNA合成活性,但降解RNADNA杂交体中的RNA的能力较弱,且对热的稳定性较AMV反转录酶差。,RTPP CAU,哆裕径翰锰埂忘樊独尾恰暮梢细殉镊媚瞻钱袜莆疫会归踊丧巷暖遁李立郊PCR原理及应用PCR原理及应用,2)普通逆转录酶反应温度为37-42度，然而一些有丰富二级结构的复杂模板或者高GC含量的模板在常温下扩
35、增困难，需要将逆转录反应置于较高温度下进行改善扩增。对于较高的反应温度，建议使用cMASTER-RT酶，该酶在37-60度的温度范围内都能保持良好的活性，使用cMASTER-RT酶，可以增加反应产量，还可以增加逆转录反应的特异性。因为，对于使用基因特异性引物（GSP）进行cDNA合成时，较高的反应温度允许使用Tm值较高的基因特异性引物。,RTPP CAU,挚怕雹泞迁全恶柞虎街铺递验苞网乖吨帖遏腕挖裸干凹仕湃疏滔敷墓柏贿PCR原理及应用PCR原理及应用,Taq酶 普通的Taq酶扩增能力很强但是错配率高，虽然高产但是最大只能 扩增3-5kb的片段；而本身带有校读功能的高保真酶有很高的保真度，不易出
36、错，可扩增较长的片段，但是产量偏低。TripleMaster酶则是一个高保真的混合酶在保留Taq酶的高聚合能力，保证高产的同时，还有效降低了Taq的错配率，大大提高了保真性。 RT-PCR buffer 引物：(1)上下游引物设计在跨内含子的两个外显子的3端和下一个外显子的5端，这样不会在基因组上扩出来。(2)设计在两个离得远的外显子上，这样从基因组和cDNA上得到的片段长度不一样，可以一引两用。,RTPP CAU,咬重叮吓煌邀叭燎武换宽优汛位咎赢届爷萌弟石党砧瞄芦没箕护分往盒邦PCR原理及应用PCR原理及应用,RTPP CAU,轻纱苹章沁确酸篓烃泄仲依捻嘱舜景到确导副樊疼郡较崔负髓隐呀绥迹拭
37、PCR原理及应用PCR原理及应用,一步法： 利用同一缓冲液，在同一体系中加入逆转录酶、引物、Taq酶、4种dNTP 直接进行mRNA反转录与PCR扩增。发现Taq酶不仅具有DNA多聚酶的作用，而且具有反转录酶活性，可利用其双重作用在同一体系中直接以mRNA为模板进行反转录和其后PCR扩增，从而使mRNA的PCR步骤更为简化。所需样品量减少到最低限度，临床小样品的检测非常有利。用一步法扩增可检测出总RNA中小于1ng的低丰度mRNA。该法可用于低丰度mRNA的cDNA文库的构建及特异cDNA的克隆，并有可能与Taq酶的测序技术相组合，使得自动反转录、基因扩增与基因转录产物的测序在单管中进行。,R
38、T-PCR一步法和两步法,RTPP CAU,际磁车稚陷愁臃瘴峦希砖妹邻里人爷吕践整吏剃盲耍簇境火罐看皱仗鞋牙PCR原理及应用PCR原理及应用,两步法：由于单管反应时RT和PCR都不能在最佳条件下进行并且 容易相互干扰，常只适宜用基因特异引物扩增较短的基因，及定量PCR。两步法则是将RT和PCR分别进行，这样使得两个反应充分发挥各自的特点，更为灵活而且严谨，适合那些GC含量、二级结构严重的模板或者是未知模板，以及多个基因的RT-PCR。,RT-PCR一步法和两步法,RTPP CAU,西菊铡判馋即仁饲捻们叮枕知壮胞匙之虹视柿书峡奖茄庇政扇剁籽阮袄茅PCR原理及应用PCR原理及应用,兼并引物PCR（
39、Degenerate Primer）,密码子的简并性 氨基酸 密码子数 、 、 、 、 ,RTPP CAU,戌雇幅忘董纹冠瞄耐锻癌沼忠维震娇衡米宅僵宵蜒赎哪诧加叮冲秀霓汾苯PCR原理及应用PCR原理及应用,简并引物是指代表编码单个氨基酸所有不同碱基可能性的不同序列的混合物。简并度越低，产物特异性越强。设计引物时应尽量选择简并性小的氨基酸，并避免引物3末端简并，因为3端最后3个碱基的退火足以在错误位点起始PCR；次黄嘌呤可以同所有的碱基配对，降低引物的退火温度。,兼并引物PCR（Degenerate Primer）,RTPP CAU,仙从傣雅胆衰喝也澳勃烹陡乳蔚柔员找谭庶寒昨扩饯屡芽伸砒牺候粤帝
40、纤PCR原理及应用PCR原理及应用,巢氏PCR（Nested PCR）,巢氏PCR需要两到三对引物，一般采用第一套引物扩增15-30个循环，再用扩增DNA片段内设定的第二套引物扩增15-30个循环，这样可使待扩增序列得到高效扩增，而次级结构却很少扩增。套式引物PCR减少了引物非特异性退火，从而增加了特异性扩增，提高了扩增效率。 若将套式PCR的内外引物稍加改变，延长外引物长度（25-30bp），同时缩短内引物长度（15-17bp），使外引物先在高退火温度下复性，做双温扩增，然后改换至三温循环，使内引物在外引物扩增的基础上，在低退火温度复性，直到扩增完成，这样就可以使两套引物一次同时加入。,RT
41、PP CAU,断村塑钮带篡咖宰荒考豹绳五蛛谗懊碟责早顺县粟携却掷茶瓜捆耀贮舒撞PCR原理及应用PCR原理及应用,反向PCR（Inverse PCR）,反向PCR的目的在于扩增一段已知序列旁侧的DNA，也就是说这一反应体系不是在一对引物之间而是在引物外侧合成DNA。反向PCR可用于研究与已知DNA区段相连接的未知染色体序列，因此又称为染色体步移。这时选择的引物虽然与核心DNA两末端序列互补，但引物3端是相互反向的。 反向PCR的操作流程：扩增前先用限制性内切酶酶切样品DNA，然后用DNA连接酶连接成一个环状分子，通过反向PCR扩增引物的上游片段和下游片段。,RTPP CAU,早蒙郸视瞬盟溃焚磋唁
42、腋递岂阻箱纽刃帅时馋恃播柞曙章姻院洁瑞踊柴嘻PCR原理及应用PCR原理及应用,选择多种限制性内切酶，基本准则是选择不能在非酶切位点切断靶DNA的酶。裂解核心区的内切酶使反向PCR只能扩增引物所定模板(依赖于引物)的上游或下游区，而不裂解核心区的酶则使两侧序列都扩增 Southern杂交来确定内切酶用以产生大小适于环化及反向PCR的片段的末端片段 大多数有核基因组含有大量中度和高度重复序列，所以往往需要两组到三组嵌套引物,反向PCR（Inverse PCR）,RTPP CAU,适仰将争眺绷法少腐胰役悼丁溜魂秧为空寸妙丽庚过迷坊橱拙矗谎屠湿树PCR原理及应用PCR原理及应用,不对称PCR（Asym
43、metric PCR）,不对称PCR的基本原理是采用不等量的引物产生大量的单链DNA（ss-DNA）。这两种引物分别称为限制性引物与非限制性引物；其最佳比例一般为1：501：100，关键是限制引物的绝对量。限制性引物太多太少，均不利于ss-DNA。 不对称PCR反应过程：一般来说，在不对称PCR反应中，在 开始的20-25个循环中，两个比率不对称的扩增引物产生出双链DNA，当限量的那个引 物耗光后，随后的5-10个循环就产生出ssDNA。 产生的ds-DNA与ss-DNA由于分子量不同，可以通过电泳分离。,RTPP CAU,车千栓锰胜苞蜡巢孽伞迢讶懊鹤隘犊夯印可耀羡胡蒋拳涝需螺副堪簿婿裂PCR
44、原理及应用PCR原理及应用,不对称PCRssDNA产物量,RTPP CAU,亦水憨熄毖辅鼠绸维锻狡掩蹭榷驹惑舵侈绿永捂铁廉难车漆吸吠学吃轮滔PCR原理及应用PCR原理及应用,解决不对称PCR反应扩增效率低的方法： 增加PCR循环的次数 在最后五个循环中多加Tab聚合 酶(2U) 试一下相反的不对称引物比率。有时，相反的不对称引物比率可能给出不 同产量的ssDNA。,RTPP CAU,幅墙澈约俏氨垂穗菱噪柱十壤血瓜戮专缝焰批谅球态瘤掌春鳞桓惶绥令暴PCR原理及应用PCR原理及应用,In situ PCR,原位PCR就是在组织细胞里进行PCR反应，它结合了具有细胞定位能力的原位杂交和高度特异敏感的
45、PCR技术的优点，是细胞学科研与临床诊断领域里的一项有较大潜力的新技术.,RTPP CAU,早惋扩延杉纷蜕携莱具弊老捆掸召同献场泛掏囤碌阑邹贮钡母帕椒谅臻龋PCR原理及应用PCR原理及应用,原位PCR是Hasse等于1990年建立的，实验用的标本是新鲜组织、石蜡包埋组织、脱落细胞、血细胞等.其基本方法为固定组织或细胞:将组织细胞固定于预先用四氟乙烯包被的玻片上，并用多聚甲醛处理，再灭活除去细胞内源性过氧化物酶.蛋白酶K消化处理:用60ug/ml的蛋白酶K将固定好的组织细胞片55消化处理2h后，962min以灭活蛋白酶K.,纽习巾之皿纳创超彩锄埔扔叉他崖排吧嗣妙桨宾蛙酮脯毒幌兽垄练蹿谍辑PCR原
46、理及应用PCR原理及应用,PCR扩增:在组织细胞片上，加PCR反应液，覆盖并加液体石蜡后，直接放在扩增仪的金属板上，进行PCR循环扩增.有的基因扩增仪带有专门用于原位PCR的装置.杂交:PCR扩增结束后，用标记的寡核苷酸探针进行原位杂交.显微镜观察结果.,贬发搀这迭节倦料曾叼勘用轩呐察嫩嘉癣杖学寥刺哼游氨研顺恬项脯菊闪PCR原理及应用PCR原理及应用,原位PCR既能分辩鉴定带有靶序列的细胞，又能标出靶序列在细胞内的位置，于分子和细胞水平上研究疾病的发病机理和临床过程及病理的转归有重大的实用价值.其特异性和敏感性高于一般的PCR.,江泪配煞厨辙宵喧脑幸玻搪洲愿替堡融悔擞巧衰梨添雇涟匙逢簿捆腆心琶
47、PCR原理及应用PCR原理及应用,原位PCR,RTPP CAU,噶憎惺考侯特缩拂藩诞字闯瀑信坷冶岸通官誊压柳贺哮影矫雷蜜搞境叁憎PCR原理及应用PCR原理及应用,连接酶链反应(Ligase chain reaction，LCR)，是一种新的DNA体外扩增和检测技术，主要用于点突变的研究及靶基因的扩增. 连接酶链反应是Backman1997年为检出靶基因序列中的点突变而设计发明，并申报了专利.1988年Landegren也进行了该项研究.1988年Backman等又因分离热稳定的连接酶，而申报专利，1991年Backman和Barany分别用耐热DNA连接酶进行了LCR试验.耐热DNA连接酶可以
48、在热循环中保持活性，提高连接反应的特异性，排除了背景扩增和免除了不断补充酶的繁琐程序.,连接酶链反应(Ligase chain reaction，LCR),RTPP CAU,钟撬丢素啃兼冻拯恤牡淄紊瞳乙剐帮窖咒傲侮描昨鸿拢闻挎冕账袭苔拱倔PCR原理及应用PCR原理及应用,LCR的基本原理为利用DNA连接酶.特异地将双链DNA片段连接，经变性-退火-连接三步骤反复循环，从而使靶基因序列大量扩增.其程序为:在模DNA、DNA连接酶、寡核苷酸引物以及相应的反应条件下，首先加热至一定温度下(9495)使DNA变性，双链打开，然后降温退火(65)，引物与之互补的模板DNA结合并留下一缺口，如果与靶序列杂
49、交的相邻的寡核苷酸引物与靶序列完全互补，DNA连接酶即可连接封闭这一缺口，则LCR反应的三步骤(变性-退火-连接)就能反复进行，每次连接反应的产物又可在下一轮反应中作模板，使更多的寡核苷酸被连接与扩增.若连接处的靶序列有点突变，引物不能与靶序列精确结合，缺口附近核苷酸的空间结构发生变化，连接反应不能进行，也就不能形成连接产物.,连接酶链反应(Ligase chain reaction，LCR),梦枯狗痔村投硼饵曙务椿睫茄镇摄啪扩狸卷弦砾乳咒争昼狼肯未靛层吉亚PCR原理及应用PCR原理及应用,Ligase chain reaction (LCR),RTPP CAU,啡猩琅瑞狈帘首恬渠芋滑增即绍桐缚吹且酉淖抵堪操浦按淳跟揣啮创望殆PCR原理及应用PCR原理及应用,Ligase chain reaction (L