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PCR反應各種類掌握指導
閱讀:94 發(fā)布時間:2024-4-16聚合酶鏈式反應PCR(polymerase chain reaction),主要由高溫變性、低溫退火和適溫延伸三個步驟反復的熱循環(huán)構成:即模板DNA先經高溫變性為單鏈,在DNA聚合酶和適宜的溫度下,兩條引物分別與兩條模板DNA鏈上的一段互補序列發(fā)生退火,接著在DNA聚合酶的催化下以四種脫氧核苷酸三磷酸(dNTPs)為底物,使退火引物得以延伸,如此反復,使位于兩段已知序列之間的DNA丨片段呈幾何倍數擴增。
PCR的分類:
PCR有很多種,核心就是用引物擴增特定的DNA,以指數方式倍增的DNA達到可以觀察到的量后,通過不同的觀察方法比較DNA相對表達的高低。根據檢測方式的不同,分為終點 PCR(也即常規(guī)PCR)和實時熒光定量PCR(Quantitative Real-time PCR,qPCR),根據樣本類型的不同,還包括以RNA為模板的反轉錄PCR(reverse transcription PCR,RT-PCR),終點PCR,顧名思義既是對PCR擴增反應的終產物進行定性及定量分析,在反應過程中無法監(jiān)測反應進行情況,只有反應完成后通過跑膠得到結果。
1.熱啟動PCR(hot start PCR)
在傳統(tǒng)的PCR反應中,反應體系各成分(Taq DNA聚合酶、dNTP 和引物等)均是一次加入并進入循環(huán),在反應溫度由室溫(25℃)上升至高溫(94~95℃)過程中,可能發(fā)生引物錯配和二聚體的形成。引物與模板中一些非靶位點的錯配和引物之間形成的二聚體,在Taq酶的作用下均可延伸,這些非特異性產物又可以在后面的PCR循環(huán)中繼續(xù)擴增,使非特異性產物不斷積累,同時,也消耗反應體系的各成分,最終PCR擴增的特異性產物大大減少。熱啟動PCR(hot start PCR)是指DNA聚合酶只有在樣品溫度至少超過70℃時才發(fā)揮作用的PCR。通過這種方式控制PCR反應的必須組分DNA聚合酶,直到反應混合物被加熱到可以阻止非特異引導和引物聚合的溫度后,再啟動PCR達到有效擴增特異性PCR產物的目的。
*UNG酶通常和熱啟Taq酶一同用于建立含有UNG/dUTP防污染體系的熱啟動PCR反應系統(tǒng)。
UNG酶(Uracil-N-glycosylase,尿嘧啶-N-糖基化酶)的作用原理是選擇性水解斷裂含有dU的雙鏈或單鏈DNA中的尿嘧啶糖苷鍵,形成的有缺失堿基的DNA鏈在堿性介質以及高溫下會進一步水解斷裂,從而被消除。UNG酶的最丨佳活性溫度為50℃,95℃滅活。作用:為保證PCR結果的準確性,要預防非特異性PCR擴增和污染。常用的措施是使用UNG酶(Uracil-N-Glycosylase)和Taq 酶熱啟動。PCR反應常見,最重要的污染物是PCR產物,防污染熱啟動PCR試劑盒以dUTP取代dTTP,所以PCR產物都是含有dU的DNA鏈。在PCR開始前增加50℃的保溫步驟,UNG酶即可將反應體系中已有的U-DNA污染物中的尿嘧啶堿基降解,并在隨后變性這步的條件下DNA鏈斷裂,消除由于污染DNA產生的擴增,從而保證擴增結果的特異性,準確性。
2.高保真PCR
Taq酶具有5'-3'DNA聚合酶活性和5'→3'的外切酶活性,缺少3'→5'的外切酶活性,但沒有從3'→5'方向外切酶的活性,擴增得到的PCR產物的3'末端附有一個“A"堿基,可直接用于TA克隆,但是由于不具有3'→5'外切酶活性,因而在合成中對某些單核苷酸錯配沒有校正功能。DNA聚合酶的校正能力決定了保真度,會影響DNA序列復制的準確性。Solis Biodyne提供的blend mix同時包含Taq酶和校正酶,使得PCR反應既具有5'→3'方向合成DNA的功能,又具有3'→5'方向外切酶的活性和糾錯功能。
3.多重PCR
多重PCR是指在同一PCR反應體系里加上二對以上引物,同時擴增出多個核酸片段的 PCR反應。多重PCR不僅意味著節(jié)省時間、試劑和樣品,還能夠同時對比多個擴增子。
在多重PCR中,因無法僅針對一個引物對或目的片段進行反應優(yōu)化,而是要考慮到所有引物和靶標,所以可能會出現非特異性擴增和效率降低。因此,為盡量減少由非特異性擴增導致的錯配,應對引物進行精心設計。首先,引物序列應盡可能與其目的序列一一對應,并且所有引物的 Tm相差不應超過5°C。其次,在多重PCR開始前,應利用單個PCR反應驗證每個引物對的特異性和擴增效率。此外,擴增子應具有不同的大小,從而能夠通過凝膠電泳對其進行分離鑒定。
4.長片段PCR
常規(guī)PCR反應可以擴增到3~4kb的DNA丨片段,而超過5kb的DNA丨片段就已經很難擴增出來了。長片段PCR即是指擴增大于5kb的DNA丨片段。NCBI推薦的基因克隆供應商GeneCopoeia可提供長片段PCR試劑盒,可擴增18kb人來源gDNA以及30kb λ噬菌體DNA為模板等大片段DNA,同時可擴增高GC%片段,適用范圍廣,實驗過程中僅需添加引物與模板,操作簡便。
5.高GC含量PCR
在DNA(A、T、C、G)4種堿基中,鳥嘌呤(G)和胞嘧啶(C)所占的比率稱為GC含量。因為G、C之間形成三對氫鍵,解鏈所需能量較高,所以模板很難打開,高GC含量(G+C≥60%)模板擴增中所面臨的主要困難是模板中容易形成穩(wěn)定的二級結構妨礙DNA聚合酶在模板上的推進,而且模板上可能存在多個非特異性的引物復性位點,導致非特異性擴增,甚至很多時候擴增不出靶基因。Solis BioDyne可專業(yè)提供專業(yè)的高GC含量模板的PCR增強劑和預混液,可適用于GC含量高至79%的模板,輕松解決高GC含量PCR的難題。