基本原理:
荧光PCR技术,是指在普通PCR技术的基础上,在PCR反应体系中加入荧光基团,利用荧光信号积累监测整个PCR进程,最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法。
主要有两种方法及过程:
1、SYBR Green 染料法
SYBR能够结合到双链DNA上面,当系统中的模板被扩增时,SYBR能够有用结合到新组成的双链上面,跟着PCR的进行,结合的SYBR燃料越来越多,被仪器检测到的荧光信号越来越强,然后到达定量的意图。在PCR反应体系中,加入过量SYBR荧光染料,SYBR荧光染料特异性地掺入DNA双链后,发射荧光信号,而不掺入链中的SYBR染料分子不会发射任何荧光信号,从而保证荧光信号的增加与PCR产物的增加完全同步。
2、TaqMan探针法:
PCR扩增时在参加一对引物的一起参加一个特异性的荧光探针,该探针为一寡核苷酸,两头分别标记一个陈述荧光基团和一个淬灭荧光基团。探针完整时,陈述基团发射的荧光信号被淬灭基团吸收;刚开始时, 探针结合在DNA恣意一条单链上;PCR扩增时,Taq酶的5’端-3’端外切酶活性将探针酶切降解,使陈述荧光基团和淬灭荧光基团别离,然后荧光监测系统可接收到荧光信号,即每扩增一条DNA链,就有一个荧光分子形成,完成了荧光信号的累积与PCR产品形成彻底同步。
PCR是利用DNA在体外摄氏95°高温时变性会变成单链,低温(经常是60°C左右)时引物与单链按碱基互补配对的原则结合,再调温度至DNA聚合酶最适反应温度(72°C左右),DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖(5'-3')的方向合成互补链。
基于聚合酶制造的PCR仪实际就是一个温控设备,能在变性温度,复性温度,延伸温度之间很好地进行控制。
聚合酶链式反应(PCR)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,PCR的最大特点是能将微量的DNA大幅增加。
因此,无论是化石中的古生物、历史人物的残骸,还是几十年前凶杀案中凶手所遗留的毛发、皮肤或血液,只要能分离出一丁点的DNA,就能用PCR加以放大,进行比对。这也是“微量证据”的威力之所在。
PCR及电泳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,使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离,使之成为单链,以便它与引物结合,为下轮反应作准备;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TaqDNA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 链互补的半保留复制链重复循环变性--退火--延伸三过程,就可获得更多的“半保留复制链”,而且这种新链又可成为下次循环的模板。
答:聚合酶链式反应(PCR)是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法,由高温变性、低温退火(复性)及适温延伸等几步反应组成一个周期,循环进行,使目的DNA得以迅速扩增,具有特异性强、灵敏度高、操作简便、省时等特点。
特异性强
PCR反应的特异性决定因素为:
①引物与模板DNA特异正确的结合;
②碱基配对原则;
③Taq DNA聚合酶合成反应的忠实性;
④靶基因的特异性与保守性。
其中引物与模板的正确结合是关键。引物与模板的结合及引物链的延伸是遵循碱基配对原则的。聚合酶合成反应的忠实性及Taq DNA聚合酶耐高温性,使反应中模板与引物的结合(复性)可以在较高的温度下进行,结合的特异性大大增加,被扩增的靶基因片段也就能保持很高的正确度。再通过选择特异性和保守性高的靶基因区,其特异性程度就更高。
灵敏度高
PCR产物的生成量是以指数方式增加的,能将皮克(pg=10-12)量级的起始待测模板扩增到微克(μg=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RFU(空斑形成单位);在细菌学中最小检出率为3个细菌。
简便、快速
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扩增液和水浴锅上进行变性-退火-延伸反应,一般在2~4 小时完成扩增反应。扩增产物一般用电泳分析,不一定要用同位素,无放射性污染、易推广。
对标本的纯度要求低
不需要分离病毒或细菌及培养细胞,DNA 粗制品及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DNA扩增检测。
PCR引物的设计原则
1.引物应用核酸系列保守区内设计并具有 特异性。
2.产物不能形成 二级结构。
3.引物长度一般在15~30 碱基之间。
4.G+C含量在40%~60%之间。
5.碱基要随机分布。
6.引物自身不能有连续4个 碱基的互补。
7.引物之间不能有连续4个 碱基的互补。
8.引物5′端可以修饰。
9.引物3′端不可修饰。
10.引物3′端要避开密码子的第3位。
PCR实验室主要设在检验科和病理科,其特点是能将微量的DNA大幅增加,PCR是分子生物学研究和实验的常规方法,应用于:艾滋病检测、乙型肝炎、禽疫病、癌基因的检测和诊断,动、植物检疫等,化妆品、食品卫生检测,转基因作物与转基因微生物检测等。
PCR技术(聚合酶链式反应)由变性--退火(复性)--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94℃左右一定时间后,使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离,使之成为单链,以便它与引物结合,为下轮反应作准备;
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40~60℃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DNA聚合酶的作用下,于72℃左右,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链互补的半保留复制链。
重复循环变性--退火--延伸三过程,就可获得更多的“半保留复制链”,而且这种新链又可成为下次循环的模板.每完成一个循环需2~4分钟,3小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。
PCR退火温度是一个范围,一般是50度到65度,或者到70度做两步法PCR
几种重要的PCR衍生技术
(一)逆转录
PCR技术 逆转录PCR(reverse transcription PCR,RT-PCR)是将RNA的逆转录反应和PCR反应联合应用的一种技术。
RT-PCR是目前从组织或细胞中获得目的基因以及对已知序列的RNA进行定性及半定量分析的最有效方法。
(二)原位
PCR技术原位PCR(in situ PCR)是在组织切片或细胞涂片上的单个细胞内进行的PCR反应,然后用特异性探针进行原位杂交,即可检出待测DNA或RNA是否在该组织或细胞中存在。原PCR方法弥补了PCR技术和原位杂交技术的不足,是将目的基因的扩增与定位相结合的一种最佳方法。
(三)实时
PCR技术实时PCR(real-time PCR)技术通过动态监测反应过程中的产物量,消除了产物堆积对定量分析的干扰,亦被称为定量PCR。
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