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常见问题

pcr检测技术大全,19种PCR新技术的介绍

作者:荧光定量PCR仪   发布时间:2020-08-22

    热启动PCR

    1.概述:尽管Taq DNA聚合酶的最佳延伸温度在72℃,聚合酶在室温仍然有活性。因此,在进行PCR反应配制过程中,以及在热循环刚开始,保温温度低于退火温度时会产生非特异性的产物。热启动就是PCR仪达到变性温度再加入Taq DNA聚合酶,从而抑制一种基本成分延迟DNA合成。

    2.应用:如site-directed突变、表达克隆或用于DNA工程的遗传元件的构建和操作

    3.使用条件:好的引物设计,

    4.优缺点:⑴优点:提高PCR特异性最重要。⑵缺点:方法十分烦琐,尤其是高通量应用。

    Touch-down PCR

    1. 定义:又称降落PCR.即选定一个温度范围,如50-35℃,每降1-2 ℃进行1-2个循环,然后在50度下进行15个循环。

    2.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。

    3.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。

    4.应用范围:

    ⑴low copy of targeted DNA; ⑵ RT-PCR using oligo-dT;

    ⑶ high degree degeneracy (or less specific) of the first set of primers.

    RT-PCR

    1.定义: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。

    2.检测方法

    ⑴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。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。

    ⑵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。

    兼并引物PCR

    1.概述:兼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。兼并度越低,产物特异性越强。

    2.设计引物原则:尽量选择兼并性小的氨基酸,并避免引物3’末端兼并,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。

    巢氏PCR(Nested PCR)

    1.定义:也称套式PCR是指利用两套PCR引物(巢式引物)进行两轮PCR扩增反应。在第一轮扩增中,外引物用以产生扩增产物,此产物在在内引物的存在下进行第二轮扩增。在这种技术中,首先用一对外引物进行第1轮PCR,然后再使用第1对引物扩增的DNA 序列内部的一对引物再次扩增。

    2.优点:由于巢式PCR反应有两次PCR扩增,从而降低了扩增多个靶位点的可能性(因为与两套引物都互补的引物很少)增加了检测的敏感性;又有两对PCR引物与检测模板的配对,增加了检测的可靠性。在一定情况下,这种方法对减少PCR后扩增产物的污染问题极为有用,但它增加了每次试验的复杂性。

    3.应用范围:一般应用于动物方面。如:病毒,梅毒螺旋体,HIV,肿瘤基因等。

    反向PCR(Inverse PCR)

    1.概述:反向PCR(reverse PCR)是用反向的互补引物来扩增两引物以外的未知序列的片段,而常规PCR扩增的是已知序列的两引物之间DNA片段.实验时选择已知序列内部没有切点的限制性内切酶对该段DNA进行酶切,然后用连接酶使带有粘性末端的靶序列环化连接,再用一对反向的引物进行PCR,其扩增产物将含有两引物外未知序列,从而对未知序进行分析研究.

    2.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。

    3.选择多种限制性内切酶的基本准则: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。

    不对称PCR

    1.概述:不对称PCR(asymmetric PCR)是用不等量的一对引物,PCR扩增后产生大量的单链DNA(SSDNA)。这对引物分别称为非限制引物与限制性引物,其比例一般为50——100:1。在PCR反应的最初10——15个循环中,其 扩增产物主要是双链DNA,但当限制性引物(低浓度引物)消耗完后,非限制性引物(高浓度引物)引导的PCR 就会产生大量的单链DNA。不对称PCR的关键是控制限制性引物的绝对量,需多次摸索优化两条引物的比例。还有一种方法是先用等浓度的引物PCR扩增,制备双键 DNA,(dsDNA),然后以此dsDNA为模板,再以其中的一条引物进行第二次PCR,制备ssDNA。不对称PCR制备的ssDNA,主要用于核酸序列测定。

    原位PCR

    1.概述: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。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.

    2.其基本方法为

    ①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. ②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,96℃2min以灭活蛋白酶K.③PCR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.④杂交:PCR扩增结束后,用标记的寡核苷酸探针进行原位杂交.⑤显微镜观察结果.

    重组PCR

    1.定义:使两个不相邻的DNA片段重组在一起的PCR称为重组PCR(recombinant PCR)。Mullis等于1986年报道了由PCR扩增的两个DNA片段通过重组合后再经延伸而制备出新的DNA分子。

    2. 其基本原理:将突变碱基,插入或缺失片段,或一种物质的几个基因片段均设计在引物中,先分段对模板扩增,除去多余的引物后,将产物混合,再用一对引物对其进行PCR扩增。其产物将是一重组合的DNA。

    3.应用范围:主要用于位点专一碱基置换,DNA片段的插入或缺失DNA片段的连接(如基因工程抗体)。

    多重PCR

    1.概述:多重PCR(multiplex PCR),又称多重引物PCR或复合PCR,它是在同一PCR反应体系里加上二对以上引物,同时扩增出多个核酸片段的PCR反应,其反应原理,反应试剂和操作过程与一般PCR相同。

    2.特点:

    ①高效性,在同一PCR反应管内同时检出多种病原微生物,或对有多个型别的目的基因进行分型,特别是用一滴血就可检测多种病原体。②系统性,多重PCR很适宜于成组病原体的检测,如肝炎病毒,肠道致病性细菌,性病,无芽胞厌氧菌,战伤感染细菌及细菌战剂的同时侦检。③经济简便性,多种病原体在同一反应管内同时检出,将大大的节省时间,节省试剂,节约经费开支,为临床提供更多更准确的诊断信息。

    3.用途主要有两方面:

    ⑴多种病原微生物的同时检测或鉴定:①肝炎病毒的感染,在同一病人或同一供血者体内,有时存在多种肝炎病毒重叠感染。②肠道致病性细菌的检测,如伤寒,痢疾和霍乱,同存一病人并同时发病。③性病的检测,如梅毒,淋病及艾滋病的诊断。④战伤细菌及生物战剂细菌的检测,如破伤风杆菌,产气荚膜杆菌,炭疽杆菌,鼠疫杆菌等侦检。⑤需特殊培养的无芽胞厌氧菌,如脆弱类杆菌、艰难杆菌的鉴定等。

    ⑵病原微生物,某些遗传病及癌基因的分型鉴定。

    免疫-PCR(immuno-PCR)

    1.定义:免疫-PCR(immuno-PCR) 它利用抗原-抗体反应的特异性和PCR扩增反应的极高灵敏性来检测抗原,尤其适用于极微量抗原的检测。是新近建立的一种灵敏、特异的抗原检测系统。主要步骤有三个:①抗原-抗体反应,②与嵌合连接分子结合,③PCR扩增嵌合连接分子中的DNA(一般为质粒DNA)。

    2.嵌合连接分子的制备原理:其基本原理与ELISA和免疫酶染色相似,在免疫-PCR中,嵌合连接分子起着桥梁作用,它有两个结合位点,一个与抗原抗体复合物中的抗体结合,一个与质粒DNA结合,在操作反应中形成抗原抗体-连接分子-DNA复合物,通过PCR扩增DNA 来判断是否存在特异性抗原.是免疫-PCR。与ELISA不同之处在于其中的标记物不是酶而是质粒DNA。

    3. 优点为:①特异性较强,因为它建立在抗原抗体特异性反应的基础上。②敏感度高,PCR具有惊人的扩增能力,免疫PCR比ELISA敏感度高105倍以上,可用于单个抗原的检测。③操作简便,PCR扩增质粒DNA比扩增靶基因容易得多,一般实验室均能进行.

    甲基化特异PCR

    1.概述:甲基化特异PCR是用对苯二酚和亚硫酸氢钠处理氢氧化钠变性的基因组DNA,使得未甲基化的C转化为T。按照C转换T后的基因序列设计出来的引物扩出目的基因。由于甲基化CpG岛中的C不能被转化为T,用以上的引物将不会扩出目的基因。通过上述手段就能达到识别基因组DNA甲基化与否的目的。

    标记PCR和彩色PCR

    1.概述:标记PCR(Labelled Primers,LP-PCR) 是利同位素或荧光素对PCR引物的5‘端进行标记,用来检测靶基因是否存在。彩色PCR(Color Complementation assay PCR,CCAPCR),是LP-PCR的一种,它用不同颜色的荧光染料;标记引物的5'端,因而扩增后的靶基因序列分别带有引物5'的染料,通过电泳或离心沉淀,肉眼就可根据不同荧光的颜色判定靶序列是否存在及其扩增状况,此法可用来检测基因的突变,染色体重排或转位,基因缺失及微生物的型别鉴定等.

    连接酶链反应

    1.定义: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。

    2.LCR的基本原理: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(94——95℃)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。

    3.应用范围:主要用点突变的研究与检测、微生物病原体的检测及定向诱变等,还可用于单碱基遗传病多态性及单碱基遗传病的产物诊断,微生物的种型鉴定,癌基因的点突变研究等。

    cDNA末端快速扩增技术

    1.定义:cDNA末端快速扩增技术(rapid amplification of cDNA ends, RACE)是一种基于PCR从低丰度的转录本中快速扩增cDNA的5'和3’末端的有效方法

    cDNA末端快速扩增技术

    ⑴.5’ RACE-PCR:利用mRNA的3‘末端的poly(A)尾巴作为一个引物结合位点,以连有SMART寡核营酸序列通 用接头引物的Oligo(dT)30MN作为锁定引物反转录合成标准第一链cDNA。然后用一个基因特异引物GSP2 (gene specific primer,GSP)作为上游引物,用一个含有部分接头序列的通用引物UPM(universal primer,UPM) 作为下游引物,以cDNA第一链为模板,进行PCR循环, 把目的基因5‘末端的DNA片段扩增出来。

    ⑵.3’ RACE-PCR:利用mRNA的3‘末端的poly(A)尾巴作为一个引物结合位点,以连有SMART寡核营酸序列通用接头引物的Oligo(dT)30MN作为锁定引物反转录合成标准第一链cDNA。然后用一个基因特异引物GSP1 (gene specific primer,GSP)作为上游引物,用一个含有部分接头序列的通用引物UPM(universal primer,UPM) 作为下游引物,以cDNA第一链为模板,进行PCR循环, 把目的基因3‘末端的DNA片段扩增出来。

    AFLP(扩增性片段长度多态性)

    1.AFLP技术是一项新的分子标记技术,是基于PCR技术扩增基因组DNA限制性片段,基因组DNA先用限制性内切酶切割,然后将双链接头连接到DNA片段的末端,接头序列和相邻的限制性位点序列,作为引物结合位点。限制性片段用二种酶切割产生,一种是罕见切割酶,一种是常用切割酶。它结合了(限制性内切酶片段长度多态性) RFLP和PCR技术特点,具有RFLP技术的可靠性和PCR技术的高效性。由于AFLP扩增可使某一品种出现特定的DNA谱带,而在另一品种中可能无此谱带产生,因此,这种通过引物诱导及DNA扩增后得到的DNA多态性可做为一种分子标记。AFLP可在一次单个反应中检测到大量的片段。以说AFLP技术是一种新的而且有很大功能的DNA指纹技术.

    依赖核酸序列的扩增

    1.概述:依赖核酸序列的扩增(Nucleic acid sequence-based amplification,NASBA),又称自主序列复制系统(self- sustainedsequence replication,3SR)或再生长序列复制技术。1990年Guatelli等首先报道了这一技术.NASBA 主要用于RNA的扩增、检测及测序.该反应有赖于AMV 逆转录酶,T7RNA多聚酶和核酸酶H(RNaseH)共同协作而完成。NASBA反应体系中除含有上述三种酶外,还含有核糖核苷,两种特殊的引物和缓冲液。引物I 3‘末端与靶序列互补,5’端含T7RNA多聚酶的启动子,这一引物是用于合成cDNA的.引物Ⅱ的碱基序列与cDNA的5‘ 未端互补。

    2.原理:在NASBA反应时,首先引物Ⅰ与RNA模板复性( 结合),AMV逆转录酶催化合成cDNA,RNaseH水解cDNA上的RNA,形成一条单链的DNA;引物Ⅱ随即与此cDNA的5'未端结合,逆转录酶在此DNA模板的指导下合成第二条DNA链.这样形成的DNA双链含有T7RNA多聚酶的启动子.该酶即以此DNA为模板,转录出与样品RNA序列相同的RNA链,而且每条DNA模板在该酶的作用下可合成约100个拷贝的RNA.每条新的RNA又可作为逆录酶的模板合成cDNA.如此反复进行,将获得更多的RNA和cDNA.

    依赖核酸序列的扩增

    3.其基本方法为:将引物,标本加入扩增反应液,65℃1min使RNA分子二级结构打开,降温至37℃加入逆转录酶,T7rna聚合酶和RNaseH,并在37℃反应1——1.5小时,其产物经琼脂 糖电泳,溴乙锭染色即可在紫外仪下看到条带.NASBA的特点为操作简便,不需特殊仪器,不需温度循环.整个反应过程由三种酶控制,循环次数少,忠实性高,其扩增效率高于PCR,特异性好。

    转录依赖的扩增系统

    1.概述:转录依赖的扩增系统(Transcript-based amplification system,TAS),是Kwen等人于1989年研究报道的,主要用于扩增RNA. 合成A、B引物,引物A的3‘末端与待扩增RNA互补,其5’端有T7RNA多聚酶的启动子信息.逆转录酶以A引物为起点合成cDNA;引物B与此cDNA3‘端互补合成cDNA第二链.逆转录酶除具有逆转录活性外,还有DNA多聚酶的活性及RNaseH的活性.T7RNA多聚酶又以此双链DNA为模板.转录出与待扩增RNA一样的RNA ,这些RNA又可作为下轮反应的模板.T7RNA多聚酶的催化效率很高,一个模板可转录10——103个RNA拷贝,因而反应液中待检RNA的数量以10的指数方式扩增.转录依赖的扩增系统的主要特点是扩增效率高,因为其拷

    2. TAS RNA

    贝数呈10的指数方式增加,只需6个循环靶序列的拷贝数就能达到2×10。它的另一个特点是特异性高,由于TAS只能进行6次温度循环,错掺率低,加之用葡聚糖珠夹心杂交,因而特异性也高。虽然本法有较高的特异性和敏感性,但其循环过程复杂,需重复加入逆转录酶和T7RNA多聚酶,有待进一步研究。

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