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技术分享 | 常用的PCR方法分享

技术分享 | 常用的PCR方法分享

作者: 7aabdaa41cae | 来源:发表于2019-08-19 18:06 被阅读30次

    如果说,詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克发现DNA双螺旋结构,标志着分子生物学时代的开启,那么PCR技术则标志着分子生物学的腾飞。而PCR技术的出现,彻底变革了生物化学、分子生物学、遗传学、以及现代医学等等。

    1993年穆利斯凭借PCR技术的发明获得了当年的诺贝尔化学奖,他也成为了当之无愧的“PCR之父”。

    2019年8月7日,凯利·穆利斯因病去世,结束了他传奇的一生。

    伟人已逝,留下传世不朽的PCR技术,已然在分子生物学研究领域中无可替代,被广泛应用于基础科学研究、医学诊断、农业应用和法医调查等各种领域。

    PCR,聚合酶链式反应,远没有想象中简单,小编整理了常用的PCR方法,以此悼念伟人,纪念这一“革命性技术”的发展。

    热启动PCR

    HotStar PCR

    非特异性扩增的常见来源是由DNA聚合酶引起的错误引导靶标的延伸和引物二聚体的形成。使用热启动DNA聚合酶,可以有效的阻止引物与低同源性(引导错误)的模板序列结合、在PCR开始之前防止引物在反应设置期间彼此结合(引物 – 二聚体形成)、提高所需目标片段的灵敏度和产量。

    降落PCR

    Touchdown PCR

    降落PCR(Touchdown PCR),是一种PCR优化方法,并不去尝试改变缓冲液、循环条件等,优化只集中在一个参数——退火温度上,并且在一个程序中,可采取一系列不同的退火温度。省去了调整循环次数、Mg2+、H+、dNTP、引物和模板等参数的麻烦。

    高GC含量PCR

    GC-rich PCR

    在基因组中,有很多高GC含量的DNA序列。在进行PCR反应过程中,GC之间形成三对氢键,解链所需的能量较高,所以模板链较难打开。同时GC单链区域比较容易自身互补配对形成高级结构,使引物难以与模板结合,导致出现非特异性条带,甚至扩不出靶基因。

    常用的优化方法,可以使用前文提到的热启动PCR:通过扩增前加热,使模板解链完全,通过高温启动反应,促进引物特异性复性与延伸。也可以用降落PCR:退火温度高于Tm值,随着循环进行,退火温度降到Tm值甚至低于Tm值。此外,在PCR反应buffer中,加入一些增强剂,如DMSO,甲酰胺、甘油、甜菜碱等,可以减少二级结构的影响,但是其浓度要把握好。

    长片段PCR

    Long PCR

    常规PCR反应可以扩增到3~4kb的DNA片段,而超过5kb的DNA片段就已经很难扩增出来了。长片段PCR中用两种DNA聚合酶进行反应,一种是用常规PCR反应中应用的耐热DNA聚合酶(常用Taq酶),它具有很强的延伸能力,依赖此酶进行链的延伸。另一种是具有3′→5核酸外切酶活性的耐热DNA聚合酶(常用Pfu酶),它具有较好的校读功能,可以将错配的碱基切割下来重新利用第一种酶进行链的延伸。两种酶各有优缺点,充分利用第一种酶的延伸能力和第二种酶的校读功能,使两种酶在反应中相辅相成,完成长片段DNA的扩增。

    多重PCR

    Multiplex PCR

    非特异性扩增的常见来源是由DNA聚合酶引起的错误引导靶标的延伸和引物二聚体的形成。使用热启动DNA聚合酶,可以有效的阻止引物与低同源性(引导错误)的模板序列结合、在PCR开始之前防止引物在反应设置期间彼此结合(引物 – 二聚体形成)、提高所需目标片段的灵敏度和产量。

    巢式PCR

    NestedPCR

    巢式PCR是指利用两套PCR引物进行两轮PCR扩增,第二轮的扩增产物才是目的基因片段。巢式PCR的实验原理为根据DNA模板序列设计两对引物,利用第一对引物(外引物)对靶DNA进行15-30个循环的标准扩增;第一轮扩增结束后将一小部分起始扩增产物稀释100-1000倍加入到第二轮扩增体系中作为模板,利用第二对引物(内引物或巢式引物,结合在第一轮PCR产物的内部)进行15-30个循环的扩增,第二轮PCR的扩增片段短于第一轮。

    反向PCR

    Inverse PCR

    反向PCR是反向互补引物来扩增两引物以外的未知序列的片段。利用在已知序列内部没有切点的限制性内切酶对此段DNA进行酶切,在DNA连接酶作用下自连形成环状DNA分子,然后利用方向合适并与已知序列两端互补的引物,以连接成环的DNA为模板,经PCR扩增.得到已知序列的旁侧DNA片段。

    定量PCR

    Quantitative PCR

    常规PCR技术,是对PCR扩增反应的终产物进行定量及定性分析。在PCR反应体系中加入能够指示DNA片段扩增过程的荧光染料(SYBR Green等)或荧光标记的特异性的探针(TaqMan Probe等),通过对PCR过程中产生的荧光信号积累实时监测整个PCR过程,即为实时荧光定量PCR。

    传统PCR技术以及衍生出来的新型PCR技术自面世以来,已被广泛应用到生命科学的各个领域。

    GenStar提供优质的商业化耐热DNA聚合酶及其配套缓冲液,以及预混的2×PCR StarMix,可满足绝大多数DNA片段扩增的需求。首先根据模板的性质(基因组、cDNA、质粒等)和目的片段的大小、GC含量、有无二级结构等,选择合适的DNA聚合酶产品。对于难以扩增的片段,应针对不同的模板、引物,优化反应条件,以获得最佳的扩增效率。

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