普通PCR及测序PCR原理课件.ppt
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- 普通 PCR 原理 课件
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1、PCR技术技术一一PCR概念PCR的原理PCR中的注意事项PCR的主要类型什么是什么是PCR?多聚酶链式反应(polymerase chain reaction)简称技术,是一种在 DNA聚合酶作用下体外扩增特异片段的技术。PCR技术操作简便,可在短时间获得数百万个特异的目的序列的拷贝。80年代中期PCR技术的发明,引起了生物技术发展的一次革命,目前已被广泛应用于与分子生物学相关的各个领域。PCR反应的几个要素反应的几个要素?DNA聚合酶聚合酶模板(要扩增的模板(要扩增的DNA)引物引物dNTPsBuffer(缓冲液)(缓冲液)2+Mg 等等生产机器生产机器模具模具原料原料稳定的环境稳定的环境
2、润滑剂润滑剂PCR反应步骤反应步骤9595(变性)(变性)5050(退火)(退火)7272(延伸)(延伸)PCR循环(循环(25-35个)个)(denaturaion)模板DNA95变性变性(annealing)引物1DNA引物引物250退火退火(extension)Taq酶引物1DNA引物引物2Taq酶72延伸延伸第1轮结束第2轮开始95模板DNA(1)第1轮扩增(2)轮扩增(4)?第2PCR反应条件?PCR过程?PCR的特点第4轮扩增(16)第5轮扩增(32=232=25 5)PCR的基本原理第3轮扩增(8)标准的标准的PCRPCR反应体系反应体系4种dNTP混合物上下游引物模板DNA T
3、aq DNA聚合酶Mg2+各200umol/L各10100pmol0.12ug2.5u1.5mmol/LPCR反应条件1)PCR反应成分(1)模板模板可以是DNA,也可以是RNA(反转录PCR),既可以是双链,也可以是单链。不能混有蛋白酶、核酸酶、DNA聚合酶抑制剂、DNA结合蛋白类。一般100ng DNA模板/100?L。模板浓度过高会导致反应的非特异性增加。(2)Taq DNA聚合酶(Taq酶)DNA聚合酶的主要活性是在具备模板、引物、聚合酶的主要活性是在具备模板、引物、dNTP等等存在的情况下催化存在的情况下催化DNA的合成。的合成。Taq酶来自水生嗜热菌酶来自水生嗜热菌Thermus
4、aquaticus特点:特点:1.良好的耐热性良好的耐热性在在7080具有最高聚合活性具有最高聚合活性在在95 仍然可以有仍然可以有50%活性活性2.Mg2+依赖性依赖性3.扩增时扩增时3末端凸出一个末端凸出一个A 碱基碱基3.无校正功能无校正功能一般一般PCR中酶的用量为中酶的用量为0.5-2.5 U/50?l,酶量增加使反应,酶量增加使反应特异性下降,酶量过少影响反应产量。特异性下降,酶量过少影响反应产量。(3)引物引物浓度:0.1-0.5?mol/L浓度过高易导致模板与引物错配,反应特异性下降。引物设计:引物设计:(1)引物序列特异性好,与非扩增区无同源性。)引物序列特异性好,与非扩增区
5、无同源性。(2)引物长度以)引物长度以15-40 bp为宜。为宜。(3)碱基尽可能随机分布,)碱基尽可能随机分布,G+C占占40-60%。(4)引物)引物Tm在在50-65之间,两条引物的之间,两条引物的Tm应接应接近,不能相差太大。近,不能相差太大。(5)引物内部避免形成二级结构。)引物内部避免形成二级结构。(6)两引物间避免有互补序列。)两引物间避免有互补序列。(7)引物)引物3 端与模板序列要严格配对,端与模板序列要严格配对,3 端避免出现端避免出现3个或个或3个以上连续相同的碱基个以上连续相同的碱基;引物;引物 5 端无严格限端无严格限制。制。353限制性内切酶的识别序列限制性内切酶的
6、识别序列启动子序列启动子序列定点突变定点突变探针标记探针标记5(4)dNTPdNTP:dATP,dTTP,dGTP,dCTPdNTP浓度取决于扩增片段的长度四种dNTP浓度应相等浓度过高易产生错误碱基的掺入,浓度过低则降低反应产量dNTP可与Mg2+结合,使游离的Mg2+浓度下降,影响DNA聚合酶的活性。(5)Mg2+Mg2+是DNA聚合酶的激活剂。0.5mmol/L-2.5mmol/L 反应体系。Mg2+浓度过低会使Taq酶活性丧失、PCR产量下降;Mg2+过高影响反应特异性。Mg2+可与负离子结合,所以反应体系中 dNTP、EDTA等的浓度影响反应中游离的 Mg2+浓度。(6 6)缓冲液(
7、)缓冲液(BufferBuffer)10mmol/L TrisHCl 调节PH,使Taq酶活性作用环境维持在扁碱性(pH8.3,室温)50mmol/L KCL 有利于引物的退火,但过高会抑制Taq酶活性0.01%明胶保护酶不变性失活2)循环参数(1)变性使双链DNA解链为单链95oC 20-30秒(2)退火退火温度由引物Tm值决定,一般为Tm 510增加温度能减少引物与模板的非特异性结合;降低温度可增加反应的灵敏性。(3)延伸(4)循环次数70-75oC(温度取决于聚合酶的活性)延伸时间由扩增片段长度及DNA聚合酶的延伸速度决定DNA的浓度一般为25-35次次数过多:扩增效率降低错误掺入率增加
8、主要取决于模版一个典型PCR体系反应体系(50 ul):Taq酶2.5 U10 x Buffer 5 uldNTP(2.5mM)4 ulDNA模板0.12ug上游引物(10P)2 ul下游引物(10P)2 ulH2O 补足至50 ul总计50 ul反应流程(以扩增片段大小为800bp为例):955 min9530 s5530 s30个721 min循环725 min4-PCR的特点1.特异性强特异性强2.灵敏度高灵敏度高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(?g=10-6)水平3.简便、快速简便、快速PCR反应一般在24 小时完成扩增反
9、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4.对标本的纯度要求低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常见问题?假阴性,无扩增产物非特异性扩增?拖尾假阳性?无扩增产物?现象:正对照有条带,而样品则无正对照有条带,而样品则无;原原因因1.1.模板模板:含有抑制物,含量低含有抑制物,含量低2.2.BufferBuffer对样品不合适对样品不合适3.3.引物设计不当或者发生降引物设计不当或者发生降对对解解策策4.4.反应条件:反应条件
10、:退火温度太高,延退火温度太高,延伸时间太短伸时间太短1.1.纯化模板或者使用试剂盒提取纯化模板或者使用试剂盒提取模板模板DNADNA或加大模板的用量或加大模板的用量2.2.更换更换BufferBuffer或调整浓度或调整浓度3.3.重新设计引物(避免链间二聚重新设计引物(避免链间二聚体和链内二级结构)或者换一体和链内二级结构)或者换一管新引物管新引物4.4.降低退火温度、延长延伸时间降低退火温度、延长延伸时间?非特异性扩增现象:现象:PCRPCR扩增后出现的条带与预计的大小不一致,或大扩增后出现的条带与预计的大小不一致,或大?或小,或者同时出现特异性扩增带与非特异性扩增带。或小,或者同时出现
11、特异性扩增带与非特异性扩增带。?非特异性扩增原原因因1.1.引物特异性差引物特异性差2.2.模板或引物浓度过高模板或引物浓度过高3.3.酶量过多酶量过多4.4.MgMg2+2+浓度偏高浓度偏高对对5.5.退火温度偏低退火温度偏低策策6.6.循环次数过多循环次数过多1.1.重新设计引物或者使用巢重新设计引物或者使用巢式式PCRPCR2.2.适当降低模板或引物浓度适当降低模板或引物浓度3.3.适当减少酶量适当减少酶量4.4.降低镁离子浓度降低镁离子浓度5.5.适当提高退火温度或使用适当提高退火温度或使用二阶段温度法二阶段温度法6.6.减少循环次数减少循环次数?拖尾现象:现象:产物在凝胶上呈产物在凝
12、胶上呈Smear状态状态。M12?拖尾原原因因1.1.2.2.3.3.4.4.5.5.6.6.模板不纯模板不纯BufferBuffer不合适不合适退火温度偏低退火温度偏低酶量过多酶量过多dNTPdNTP、MgMg2+2+浓度偏高浓度偏高循环次数过多循环次数过多1.1.2.2.对对策策3.3.4.4.5.5.6.6.纯化模板纯化模板更换更换BufferBuffer适当提高退火温度适当提高退火温度适量用酶适量用酶适当降低适当降低dNTPdNTP和镁离子的和镁离子的浓度浓度减少循环次数减少循环次数?假阳性(筛选转基因、检测基因表达情况(筛选转基因、检测基因表达情况)?现象:空白对照出现目的扩增产物空
13、白对照出现目的扩增产物?原因:靶序列或扩增产物的交叉污染靶序列或扩增产物的交叉污染?对策:1.1.操作时应小心轻柔,防止将靶序列吸入加样枪内或溅出离心管外;操作时应小心轻柔,防止将靶序列吸入加样枪内或溅出离心管外;2.2.除酶及不能耐高温的物质外,所有试剂或器材均应高压消毒。所用离心管除酶及不能耐高温的物质外,所有试剂或器材均应高压消毒。所用离心管及加样枪头等均应一次性使用。及加样枪头等均应一次性使用。3.3.各种试剂最好先进行分装,然后低温贮存。各种试剂最好先进行分装,然后低温贮存。注意的事项注意的事项:(一)防止污染(一)防止污染试剂小量分装试剂小量分装吸头及吸头及EP管一次性使用管一次性
14、使用器皿及工作区域要分开,无菌操作器皿及工作区域要分开,无菌操作(二)设立对照(二)设立对照阳性对照:阳性对照:阴性对照:阴性对照:试剂对照:试剂对照:阳性模板阳性模板阴性模板阴性模板除模板外的所有组分除模板外的所有组分PCR的类型及应用?研究?诊断 基因克隆,DNA测序,分析突变 细菌、病毒、寄生虫检测,诊断?人类基因组工程?法医?肿瘤 犯罪现场标本分析 遗传图谱的构建,DNA测序,表达图谱?其他 各种肿瘤检测PCR的不同类型的不同类型重组重组PCR不对称不对称PCR 反向反向PCR 多重多重PCR原位原位PCR 连接酶链反应连接酶链反应巢式巢式PCR 递减递减PCR热启动热启动PCR RT
15、PCR实时定量实时定量PCR重组PCR(基因克隆)质粒DNA基因片段重组DNABam H I55Bam H IBam H IBam H I质粒DNA目的基因限制性核酸内切酶GGACCCTGGTCCCAGGGGACGTCCCAGGGGACCCTGCAGGCCTGGTCC不对称PCR目的:扩增产生特异长度的单链 DNA。方法:采用两种不同浓度的引物。分别称为限制性引物和非限制性引物,其最佳比例一般是0.010.5M,关键是限制性引物的绝对量。用途:制备核酸序列测定的模板制备杂交探针基因组DNA结构功能的研究低浓度引物高浓度引物反向反向PCR(reverse PCR)PCR(reverse PCR)
16、是用反向的互补引物来扩增两引物以外的 DNA片段对某个已知DNA片段两侧的未知序列进行扩增。可对未知序列扩增后进行分析,如探索邻接已知DNA片段的序列;用于仅知部分序列的全长cDNA的克隆,扩增基因文库的插入 DNA;建立基因组步移文库。已知序列未知序列未知序列限制酶限制酶限制酶限制酶未知序列已知序列未知序列连接酶多重PCR用于检测特定基因序列的存在或缺失。引物电电泳泳原位原位聚合酶链式反应(In Still PCR,IsPCR)是由Haase等于1990年首创。它是利用完整的细胞作为一个微小的反应体系来扩增细胞内的目的片段,在不破坏细胞的前提下,利用一些特定的检测手段来检测细胞内的扩增产物。
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