分子杂交技术课件.ppt

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1、关于分子杂交技术现在学习的是第1页，共50页第一节第一节 分子杂交的原理分子杂交的原理核酸分子杂交核酸分子杂交（nucleic acid hybridization）指具有互补序列的两条核酸单链在一定条件下按碱指具有互补序列的两条核酸单链在一定条件下按碱基配对原则形成双链的过程。基配对原则形成双链的过程。分子杂交是通过配对碱基对之间的非共价键非共价键（主要是氢键）结合，从而形成稳定的双链区。杂交分子的形成并不要求两条单链的碱基顺序完全互补，所以不同来源的核酸单链只要彼此之间有一定程度的互补顺序（即某种程度的同源性）就可以形成杂交双链 现在学习的是第2页，共50页不同来源的不同来源的DNA或或R

2、NA单链在一定条件下重新单链在一定条件下重新组成的新的双链分子组成的新的双链分子杂交分子杂交分子 若所用的核酸探针的片段较长(几百个核苷酸以上)，可以得到很准确的鉴定结果。但若人工合成的寡核苷酸探针片段较短（如2030个核苷酸），则难免会出现准确性差的假阳性现象。杂交的双方是待测核酸和已知核酸序列，已杂交的双方是待测核酸和已知核酸序列，已知核酸序列称探针。知核酸序列称探针。现在学习的是第3页，共50页杂交的双方：探针和要检测的核酸。将核酸分子固定在固相支持物上，然后用标记的探针和被固定的分子杂交，经显影后显示出目的DNA或RNA分子所处的位置。被检测的核酸：克隆化的基因组DNA 提纯的 细胞总

3、DNA 细胞内杂交（细胞原位杂交）细胞总RNA现在学习的是第4页，共50页变性变性复性复性 DNA-DNA杂交双链分子杂交双链分子现在学习的是第5页，共50页 杂交过程是高度特异性的,可以根据所使用的探针已知序列进行特异性的靶序列检测。现在学习的是第6页，共50页一、一、DNA变性与复性变性与复性（一）（一）DNA变性变性 1、定义：某些理化因素导致两条、定义：某些理化因素导致两条DNA链间的氢链链间的氢链断裂变为单链的过程，称断裂变为单链的过程，称DNA变性变性l2、变性的方法：、变性的方法：l（1）热变性：温度升高到）热变性：温度升高到90100时，双链核酸时，双链核酸 分子链间的氢键完全

4、断裂。分子链间的氢键完全断裂。l（2）酸碱变性：）酸碱变性：pH值低于值低于3或高于或高于10时，双链核时，双链核酸分子链酸分子链 间的氢键断裂。间的氢键断裂。l （3）化学试剂变性：如尿素、甲酰胺、甲醛等使）化学试剂变性：如尿素、甲酰胺、甲醛等使 双链核酸分子链间的氢键断裂。双链核酸分子链间的氢键断裂。现在学习的是第7页，共50页GC含量与含量与Tm值之间的关系值之间的关系 （G+C）%=（Tm-69.3)2.44 Tm=(G+C)%0.41+69.3现在学习的是第8页，共50页l（二）复性（二）复性l 1、定义：变性的单链核酸分子在一、定义：变性的单链核酸分子在一定条件下按碱基互补原则重新

5、结合为双定条件下按碱基互补原则重新结合为双链核酸的过程，称复性或杂交。链核酸的过程，称复性或杂交。l具有互补序列的两条单链核酸都可互补具有互补序列的两条单链核酸都可互补形成双链：形成双链：lDNA/DNA、RNA/DNA、RNA/RNA、寡、寡核苷酸核苷酸/DNA和寡核苷酸和寡核苷酸/RNA。现在学习的是第9页，共50页2、复性过程、复性过程（1）单链分子间碰撞形成局部双链）单链分子间碰撞形成局部双链（2）局部双链周围的碱基如不配对时，双）局部双链周围的碱基如不配对时，双链重新解离链重新解离（3）局部双链周围的碱基如配对，则形成）局部双链周围的碱基如配对，则形成中心序列中心序列（4）形成完整的

6、双链分子）形成完整的双链分子现在学习的是第10页，共50页二二.分子杂交的一般程序分子杂交的一般程序 待测核酸制备待测核酸制备滤膜上核酸固化滤膜上核酸固化杂杂 交交去除未参与杂交的探针去除未参与杂交的探针检检 测测 杂杂 交交 信信 号号制备探针核酸片段制备探针核酸片段探探 针针 标标 记记加入标记核酸探针加入标记核酸探针 电泳电泳现在学习的是第11页，共50页 制备制备DNA或或RNA样品样品与固定基质结合与固定基质结合80真真空固定空固定预杂交预杂交加入标记探针杂交加入标记探针杂交洗涤洗涤放射放射自显影或显色反应。自显影或显色反应。现在学习的是第12页，共50页三、三、核酸探针的制备核酸探

7、针的制备探针（探针（Probe)Probe)的概念的概念:一段带有检测标记的与目的基因或目的一段带有检测标记的与目的基因或目的DNA特异互补的已知核苷酸序列。特异互补的已知核苷酸序列。现在学习的是第13页，共50页1.探针的制备方法探针的制备方法长度一般以长度一般以50300bp为宜，有时达为宜，有时达1.5kb。制。制备方法：备方法：(1)DNA重组技术重组技术 (2)PCR扩增扩增 (3)化学合成化学合成现在学习的是第14页，共50页2.探针的分类探针的分类 据来源及性质不同可分为：据来源及性质不同可分为：(1)基因组基因组DNA探针探针(2)cDNA探针探针(3)RNA探针探针(4)寡核

8、苷酸探针寡核苷酸探针现在学习的是第15页，共50页合成寡核苷酸探针注意原则合成寡核苷酸探针注意原则(1)(1)长度（长度（10-50 bp);10-50 bp);(2)G:C(2)G:C对含量对含量40%-60%40%-60%；(3)(3)探针内避免互补；探针内避免互补；(4)(4)避免同一碱基连续出现；避免同一碱基连续出现；(5)(5)与非靶序列有与非靶序列有70%70%以上同源性或连续以上同源性或连续8 8个以上碱基序列相同，最好不用。个以上碱基序列相同，最好不用。现在学习的是第16页，共50页3.核酸探针的标记核酸探针的标记 为确定为确定探针是否与相应基因组探针是否与相应基因组DNADN

9、A杂交杂交，有必要，有必要对探针加以标记，以便在结合部位获得可识别的信对探针加以标记，以便在结合部位获得可识别的信号。号。现在学习的是第17页，共50页 标记的种类标记的种类 同位素：同位素：3232P P、3535S S、3 3H H、125125I I等标记探针等标记探针非同位素：非同位素：生物素、地高辛配体、荧光素等作为标记物生物素、地高辛配体、荧光素等作为标记物 现在学习的是第18页，共50页第二节第二节 核酸分子杂交的方法核酸分子杂交的方法l按其分子种类划分按其分子种类划分（1）Southern印迹杂交印迹杂交（2）Northern印迹杂交印迹杂交3）Western印迹杂交印迹杂交现

10、在学习的是第19页，共50页按待测核酸是否固定在固相支持物上分：按待测核酸是否固定在固相支持物上分：l 固固-液相杂交液相杂交 膜上印迹杂交膜上印迹杂交 原位杂交原位杂交l 液相杂交液相杂交 RNA酶保护分析法酶保护分析法 核酸酶核酸酶S1保护分析法保护分析法现在学习的是第20页，共50页一、一、Southern杂交杂交l其基本原理是将待检测的其基本原理是将待检测的DNA样品固定在固相载样品固定在固相载体上，与标记的核酸探针进行杂交，在与探针有体上，与标记的核酸探针进行杂交，在与探针有同源序列的固相同源序列的固相DNA的位置上显示出杂交信号。通的位置上显示出杂交信号。通过过Southern杂交

11、可以判断被检测的杂交可以判断被检测的DNA样品中是样品中是否有与探针同源的片段以及该片段的长度。否有与探针同源的片段以及该片段的长度。lDNA经电泳后，从凝胶中转移到硝酸纤维素滤膜或尼龙膜上，然后与探针杂交。被检对象为DNA，探针为DNA或RNA。l利用这一技术可进行克隆基因利用这一技术可进行克隆基因DNADNA的酶切图谱分析，的酶切图谱分析，基因组中某一基因的定性与定量分析、基因点突基因组中某一基因的定性与定量分析、基因点突变及限制性片段长度多态性分性等。变及限制性片段长度多态性分性等。现在学习的是第21页，共50页步骤：(1)酶切DNA,凝胶电泳分离各酶切片段,然后使DNA原位变性。(2)

12、将DNA片段转移到固体支持物(硝酸纤维素滤膜或尼龙膜)上。(3)预杂交滤膜,掩盖滤膜上非特异性位点。(4)让探针与同源DNA片段杂交,然后漂洗除去非特异性结合的探针。(5)通过显影检查目的DNA所在的位置。现在学习的是第22页，共50页带有带有DNA片段的凝胶片段的凝胶DNA分子分子限制片段限制片段限制性酶切割限制性酶切割琼脂糖电泳琼脂糖电泳至至膜（尼龙膜或硝酸膜（尼龙膜或硝酸纤维素滤膜）纤维素滤膜）上上转膜转膜杂交、显影杂交、显影凝胶凝胶滤膜滤膜用缓冲液转移用缓冲液转移DNADNA吸附有吸附有DNA片段的膜片段的膜Southern Southern 印迹杂交的技术流程印迹杂交的技术流程现在学

13、习的是第23页，共50页（一）待测核酸样品的制备（一）待测核酸样品的制备 1、裂解或破碎细胞、裂解或破碎细胞 2、抽取纯化基因组、抽取纯化基因组DNA 3、限制酶消化、限制酶消化DNA为大小不同的为大小不同的DNA片段片段现在学习的是第24页，共50页（二）待测（二）待测DNA样品的电泳分离样品的电泳分离所用分子量标准可用核素标记，所用分子量标准可用核素标记，杂交后的标准分子量DNA也能显影出条带。现在学习的是第25页，共50页 （三）凝胶中核酸的变性（碱变性）（三）凝胶中核酸的变性（碱变性）分子量超过10kb的较大的DNA片段，需要很长的转移时间。必须将最长的DNA片段控制在大约2kb以下。

14、如果靶序列5kb，则需进行脱嘌呤处理（DNA产生缺口将提高转移的质量）。l把凝胶浸在0.25mol/LHCl中，室温轻轻晃动，直到溴酚蓝从蓝变黄。注意：处理人类基因组DNA10分钟；处理植物基因组DNA20分钟。再 把凝胶浸在灭菌双蒸水中现在学习的是第26页，共50页l如果靶序列5kb，则直接进行下面的步骤(1)把凝胶浸在变性液（0.5mol/LNaOH，1.5mol/LNaCl）中，室温215分钟，轻轻晃动。(2)把凝胶浸在灭菌双蒸水中(3)把凝胶浸在中和液中（0.5mol/L Tris-HCl，Ph7.5，1.5mol/L NaCl），室温215分钟。(4)在20SSC中平衡凝胶至少10分

15、钟。现在学习的是第27页，共50页（四）（四）Southern印迹印迹高盐下通过毛吸作用将DNA从凝胶中转印至硝酸纤维素滤膜（尼龙膜也较长用）上，烘干固定后即可用于杂交本方法由Southern发明,故又称为Southern转移(或印迹)现在学习的是第28页，共50页（1）毛细管虹吸印迹法）毛细管虹吸印迹法 利用浓盐转移缓冲液的推动作用，将凝胶中的利用浓盐转移缓冲液的推动作用，将凝胶中的DNA转移到固相支持物上。转移到固相支持物上。其基本原理是：容器中其基本原理是：容器中的转移缓冲液含有高浓度的的转移缓冲液含有高浓度的NaCl和柠檬酸钠，上和柠檬酸钠，上层吸水纸的虹吸作用使缓冲液通过滤纸桥、滤纸

16、、层吸水纸的虹吸作用使缓冲液通过滤纸桥、滤纸、凝胶、硝酸纤维素滤膜向上运动，同时带动凝胶凝胶、硝酸纤维素滤膜向上运动，同时带动凝胶中的中的DNA片段垂直向上运动，凝胶中的片段垂直向上运动，凝胶中的DNA片段移片段移出凝胶而滞留在膜上出凝胶而滞留在膜上现在学习的是第29页，共50页现在学习的是第30页，共50页白瓷盘玻璃板滤纸凝胶尼龙膜滤纸吸水纸玻璃板重物吸水纸转膜现在学习的是第31页，共50页优点是简单,不需要用其他仪器。缺点是转移时间较长,转移后杂交信号较弱现在学习的是第32页，共50页（2）真空转移法）真空转移法 此法原理与毛细管虹吸法相同，只是以滤膜此法原理与毛细管虹吸法相同，只是以滤膜

17、在下，凝胶在上的方式将其放置在一个真空室在下，凝胶在上的方式将其放置在一个真空室上，利用真空作用将转膜缓冲液从上层容器中上，利用真空作用将转膜缓冲液从上层容器中通过凝胶和滤膜抽到下层真空室中，同时带动通过凝胶和滤膜抽到下层真空室中，同时带动核酸片段转移到凝胶下面的尼龙膜或硝酸纤维核酸片段转移到凝胶下面的尼龙膜或硝酸纤维素膜上。素膜上。现在学习的是第33页，共50页现在学习的是第34页，共50页优点是快速,在30分钟内就能从正常厚度(4-5mm)和正常琼脂糖浓度(109 cpm/g)互补DNA。如果将10g基因组DNA转移到滤膜上，并与长度为几百个核苷酸的探针杂交,曝光过夜,则可检测出哺乳动物基

18、因组中1kb大小的单拷贝序列。现在学习的是第42页，共50页（七）（七）Southern杂交在医学中的应用杂交在医学中的应用 1、酶切图谱分析、酶切图谱分析 2、特定基因定性和定量、特定基因定性和定量 3、基因突变分析、基因突变分析 4、限制性片段长度多态性的分析、限制性片段长度多态性的分析现在学习的是第43页，共50页二、二、Northern印迹杂交印迹杂交原理：原理：Northern杂交也采用琼脂糖凝胶电泳，将分子杂交也采用琼脂糖凝胶电泳，将分子量大小不同的量大小不同的RNA分离开来，随后将其原位转移至分离开来，随后将其原位转移至固相支持物（如尼龙膜、硝酸纤维膜等）上，再用放固相支持物（如

19、尼龙膜、硝酸纤维膜等）上，再用放射性（或非放射性）标记的射性（或非放射性）标记的DNA或或RNA探针，依据探针，依据其同源性进行杂交，最后进行放射自显影（或化其同源性进行杂交，最后进行放射自显影（或化学显影），以目标学显影），以目标RNA所在位置表示其分子量的所在位置表示其分子量的大小，而其显影强度则可提示目标大小，而其显影强度则可提示目标RNA在所测样在所测样品中的相对含量（即目标品中的相对含量（即目标RNA的丰度）。的丰度）。现在学习的是第44页，共50页 1、鉴别、鉴别RNA 2、探针可用、探针可用DNA或或RNA片段片段 3、待测样品为总、待测样品为总RNA或或mRNA现在学习的是第4

20、5页，共50页Northern印迹与印迹与Southern 印迹的不同点印迹的不同点1.总总RNA不需要进行酶切，即是以各个不需要进行酶切，即是以各个RNA分子的形式存在，分子的形式存在，可直接应用于电泳；可直接应用于电泳；2、变性：、变性：RNA电泳前加热变性，电泳前加热变性，电泳在变性条件下进行,以去除RNA中的二级结构,保证RNA完全按分子大小分离。变性电泳主要有3种:乙二醛变性电泳、甲醛变性电泳和羟甲基汞变性电泳。DNA电泳前和电泳电泳前和电泳 中不变性中不变性 3、转膜：、转膜：RNA转膜前不需变性和中和处理转膜前不需变性和中和处理,Southern 印迹印迹时，时，DNA转膜前需进

21、行碱变性及中和处理。转膜前需进行碱变性及中和处理。在烘烤前RNA与膜结合得并不牢固，所以在转印后不能用低盐缓冲液洗膜，否则RNA会被洗脱。现在学习的是第46页，共50页 4、靶核酸为、靶核酸为RNA5.Northern也可检测目标也可检测目标mRNA分子的大小，分子的大小，但更多的是用于检测目的基因在组织细胞中但更多的是用于检测目的基因在组织细胞中有无表达及表达的水平如何有无表达及表达的水平如何现在学习的是第47页，共50页步骤1.总总RNA提取提取2.变性胶的制备：变性胶的制备：5甲醛凝胶电泳缓冲液和甲醛凝胶电泳缓冲液和甲醛等制备琼脂糖凝胶甲醛等制备琼脂糖凝胶3.样品变性：取总样品变性：取总

22、RNA加入加入5甲醛凝胶电泳缓甲醛凝胶电泳缓冲液冲液l、37%甲醛、甲酰胺，变性甲醛、甲酰胺，变性4.电泳电泳5.将将RNA从变性胶转移到硝酸纤维素膜或尼从变性胶转移到硝酸纤维素膜或尼龙膜：龙膜：6.膜置膜置80，真空干烤，真空干烤1-2hr。烤干后的膜用塑。烤干后的膜用塑料袋密封，料袋密封，4保存备用。保存备用。现在学习的是第48页，共50页7.预杂交预杂交8.杂交：将变性的探针（杂交：将变性的探针（95-100变性变性5min，冰浴，冰浴5min）加入到预杂交液中，）加入到预杂交液中，42杂交杂交16hr。9.洗膜：洗膜：(1)倾去杂交液。倾去杂交液。(2)2SSC/0.1%SDS室温洗室温洗15min。(3)0.2SSC/0.1%SDS，55洗洗15min2次。次。10.压片放射显影。压片放射显影。现在学习的是第49页，共50页感谢大家观看9/26/2022现在学习的是第50页，共50页