CR的种类及应用.ppt
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1、PCRPCR的种类及应用的种类及应用 学号:21014017 王志慧 序2023/1/161 PCRPCR的历史的历史操作过程操作过程引物引物步骤步骤 PCRPCR的各种变体的各种变体PCRPCR的应用的应用鉴定基因鉴定基因亲子鉴定亲子鉴定诊断遗传病诊断遗传病克隆基因克隆基因诱变诱变分析远古分析远古DNADNA鉴定特定表型的突变体基因鉴定特定表型的突变体基因比较基因表达量比较基因表达量 目录目录2023/1/163PCRPCR这项技术是由凯利这项技术是由凯利穆利斯穆利斯(Kary Mullis)(Kary Mullis)发明,并因此在七发明,并因此在七年之后,年之后,19931993年年101
2、0月,获得了诺月,获得了诺贝尔化学奖该项殊荣。穆利斯的贝尔化学奖该项殊荣。穆利斯的想法是,利用一种人工方法,和想法是,利用一种人工方法,和反复相同程序的方法,并利用一反复相同程序的方法,并利用一种特殊的酶种特殊的酶即即DNADNA聚合酶来扩聚合酶来扩增特定的增特定的DNADNA片段。片段。PCRPCR 历史历史 2023/1/16DNA的复制 DNA DNA在复制时,双链在复制时,双链DNADNA解解旋成两股分别进行。其复制过程的复旋成两股分别进行。其复制过程的复制起点呈现叉子的形式,故称复制叉。制起点呈现叉子的形式,故称复制叉。以复制叉向前移动的方向为标准,一以复制叉向前移动的方向为标准,一
3、条模板链为条模板链为3355走向,在其上走向,在其上DNADNA能以能以5533方向连续合成,方向连续合成,称为前导链称为前导链(leading strand)(leading strand);另一;另一条模板链为条模板链为5533走向,在其上走向,在其上DNADNA也是也是5533方向合成,但与方向合成,但与复制叉移动的方向正好相反,故随着复制叉移动的方向正好相反,故随着复制叉的移动形成许多不连续的冈崎复制叉的移动形成许多不连续的冈崎片段,最后在连成一条完整的片段,最后在连成一条完整的DNADNA链,链,该链称为后随链该链称为后随链(lagging strand)(lagging stran
4、d)。2023/1/165 5 533的聚合作用:不是复制染色体而的聚合作用:不是复制染色体而是修补是修补DNADNA,填补,填补DNADNA上的空隙或是切除上的空隙或是切除RNARNA引物后留下的空隙。引物后留下的空隙。3 355的外切酶活性:消除在聚合作用的外切酶活性:消除在聚合作用中掺入的错误核苷酸。中掺入的错误核苷酸。5 533外切酶活性:切除受损伤的外切酶活性:切除受损伤的DNADNA,可用于切口平移(,可用于切口平移(nick translation).nick translation).大肠杆菌大肠杆菌DNADNA聚合酶聚合酶的的KlenowKlenow片段是完片段是完整的整的D
5、NADNA聚合酶聚合酶的一个片段,只有在的一个片段,只有在5 533聚合酶活性和聚合酶活性和3 355外切酶活性,失去了外切酶活性,失去了5 533外切酶活性。它可用于填补外切酶活性。它可用于填补DNADNA单链末单链末端成为双链。端成为双链。DNA聚合酶 Taq DNATaq DNA聚合酶是从一种水生栖热菌聚合酶是从一种水生栖热菌(Thermusaquaticus)yT1(Thermusaquaticus)yT1株分株分离提取的离提取的.yT.yT是是 一种嗜热真菌,能在一种嗜热真菌,能在70-7570-75生长生长.存在于水生嗜热菌存在于水生嗜热菌(Thermus aquaticus)(T
6、hermus aquaticus)的嗜热的嗜热DNADNA聚合酶,可在聚合酶,可在7474复制复制DNADNA,在,在9595仍仍具有酶活力。该酶可在离体条件下,以具有酶活力。该酶可在离体条件下,以DNADNA为模板,延伸引物,合成双为模板,延伸引物,合成双链链DNADNA。这个酶只有。这个酶只有53DNA53DNA聚合酶活性和聚合酶活性和5353的外切酶活性,的外切酶活性,缺少缺少3535的外切酶活性。的外切酶活性。该酶基因全长该酶基因全长24962496个碱基,编个碱基,编码码832832个氨基酸,酶蛋白分子为个氨基酸,酶蛋白分子为 94KDa.94KDa.其比活性为其比活性为200000
7、200000单位单位/mg.75/mg.758080时每个酶分子每秒钟时每个酶分子每秒钟可延伸约可延伸约150150个核苷个核苷 酸,酸,7070延伸延伸率大于率大于6060个核苷酸个核苷酸/秒,秒,5555时为时为2424个核苷酸个核苷酸/秒秒.温度过高温度过高(90(90以以上上)或过低或过低(22)(22)都可影响都可影响Taq Taq DNADNA聚合酶的活性,该酶虽然在聚合酶的活性,该酶虽然在9090以上几乎无以上几乎无DNADNA合成,合成,但确有但确有良好的热稳定性,在良好的热稳定性,在PCRPCR循环的高循环的高温条件下仍能保持较高的活性温条件下仍能保持较高的活性.Taq DN
8、A聚合酶2023/1/167 PCR(Polymerase Chain Reaction)即聚合酶链式反应,是一种在体外快速扩增特定基因或DNA序列的方法,故又称为基因的体外扩增。它可以在试管里建立反应,经过数小时之后,就能将极微量的目的基因或者某一特定的DNA片段扩增数十万倍,乃至千百万倍,而无需通过繁琐费时的基因克隆程序,便可获得足够数量的精确的DNA拷贝,所以有人亦称为无细胞的分子克隆法。PCR的定义PCR操作操作过程程1、预变性(、预变性(Initialdenaturation)模板模板DNA完全变性完全变性对对PCR能否成功至关重要,一般能否成功至关重要,一般95加热加热3-5分钟。
9、分钟。2、引物退火(、引物退火(Primerannealing)退火温度一般需要凭退火温度一般需要凭实验(经验)决定。实验(经验)决定。退火温度对退火温度对PCR的特异性有较大影的特异性有较大影响。响。3、引物延伸、引物延伸引物延伸一般在引物延伸一般在72进行(进行(Taq酶最适温度)酶最适温度)。延伸时间随扩增片段长短而定。延伸时间随扩增片段长短而定。4、循环中的变性步骤、循环中的变性步骤循环中一般循环中一般95,30秒足以使各秒足以使各种靶种靶DNA序列完全变性:序列完全变性:变性时间过长损害酶活性,变性时间过长损害酶活性,过短靶序列变性不彻底,易造成扩增失败。过短靶序列变性不彻底,易造成
10、扩增失败。5、循环数、循环数大多数大多数PCR含含25-35循环,过多易产生非特炖循环,过多易产生非特炖条带条带6、最后延伸、最后延伸在最后一个循环后,反应在在最后一个循环后,反应在72维持维持5-15分分钟使引物延伸完全,并使单链产物退火成双链。钟使引物延伸完全,并使单链产物退火成双链。引物设计设计引物可以采取以下原引物可以采取以下原则:GC所占比例所占比例为4060两个引物的两个引物的Tm,相差小于,相差小于5,并且,并且扩增增产物的物的Tm与引物的相差不超与引物的相差不超过10。黏合温度通常比黏合温度通常比计算的最低算的最低Tm低低5,但是要根据,但是要根据经验为不同条件下的不同条件下的
11、PCR选择不同的黏合温度。不同的黏合温度。内部的具有自身互内部的具有自身互补性的性的发卡卡结构不超构不超过4个,其二聚体中不超个,其二聚体中不超过8个。个。3末端尤其重要,必末端尤其重要,必须不含有与其他引物互不含有与其他引物互补的序列,并且要与模板完的序列,并且要与模板完全互全互补。倒数第二个最好是。倒数第二个最好是G/CPCR的各种变体的各种变体反向反向PCR(Inverse PCR,PCR(Inverse PCR,IPCR)IPCR)不对称不对称PCR(asymmetric PCR(asymmetric PCR)PCR)多重多重PCRPCR荧光定量荧光定量PCRPCR(Q-PCR)Q-P
12、CR)反转录反转录PCR(reverse PCR(reverse transcription,RT-PCR)transcription,RT-PCR)巢式巢式PCR(NEST PCR)PCR(NEST PCR)递减递减PCR(Touchdown PCR)PCR(Touchdown PCR)2023/1/1610原理:原理:扩增引物相反方向扩增引物相反方向DNADNA序列的技术序列的技术。用反向的。用反向的互补引物来扩增两引物以外的未知序列的片段,而互补引物来扩增两引物以外的未知序列的片段,而常规常规PCRPCR扩增的是已知序列的两引物之间扩增的是已知序列的两引物之间DNADNA片段片段.实实验
13、时选择已知序列内部没有切点的限制性内切酶对验时选择已知序列内部没有切点的限制性内切酶对该段该段DNADNA进行酶切,然后用连接酶使带有粘性末端的进行酶切,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靶序列环化连接,再用一对反向的引物进行PCRPCR,其,其扩增产物将含有两引物外未知序列,从而对未知序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进行分析研究.2023/1/1611已知序列已知序列未知序列未知序列反向PCR(Inverse PCR,IPCR)1.1.用一种在靶序列上没有用一种在靶序列上没有切点的限制性内切酶切点的限制性内切酶 消化消化大分子量的大分
14、子量的DNADNA2.2.产生的大小不同的线性产生的大小不同的线性DNADNA片段群体,其中具靶片段群体,其中具靶DNADNA区段的区段的DNADNA分子长度不超过分子长度不超过2-3Kb,2-3Kb,经连接后环化成环状经连接后环化成环状分子分子3.3.按靶序列设计的一对向按靶序列设计的一对向外引物同靶序列外引物同靶序列5 5,-端互补端互补序列退火结合,其延伸方向序列退火结合,其延伸方向如图中箭头所指如图中箭头所指4.4.经经PCRPCR扩增产生的主要是扩增产生的主要是线性双链线性双链DNADNA分子,它是由分子,它是由左侧的序列和右侧序列首位左侧的序列和右侧序列首位连接而成,其接点就是限制
15、连接而成,其接点就是限制酶的识别位点酶的识别位点2023/1/1612应用应用:利用反向利用反向PCRPCR可对未知序可对未知序列扩增后进行分析,探索邻接列扩增后进行分析,探索邻接已知已知DNADNA片段的序列,并可将片段的序列,并可将仅知部分序列的全长仅知部分序列的全长cDNAcDNA进行进行分子克隆,建立全长的分子克隆,建立全长的DNADNA探探针。针。应用于染色体步移、转位应用于染色体步移、转位因子和已知序列因子和已知序列DNADNA旁侧病毒旁侧病毒整合位点分析等研究。整合位点分析等研究。局限性局限性:需要从许多酶中选择限制需要从许多酶中选择限制酶,或者说必须选择一种合适酶,或者说必须选
16、择一种合适的酶进行酶切才能得到合理大的酶进行酶切才能得到合理大小的小的DNADNA片段。这种选择不能片段。这种选择不能在非酶切位点切断靶在非酶切位点切断靶DNADNA。大多数有核基因组含有大大多数有核基因组含有大量中度和高度重复序列,而在量中度和高度重复序列,而在YACYAC或或CosmidCosmid中的未知功能序中的未知功能序列中有时也会有这些序列,这列中有时也会有这些序列,这样,通过反向样,通过反向PCRPCR得到的探针得到的探针就有可能与多个基因序列杂交。就有可能与多个基因序列杂交。2023/1/1613 就像任何就像任何DNADNA一样,一样,PCRPCR的双链的双链DNADNA产物
17、也可以供序列测定产物也可以供序列测定使用。使用。然而,按照然而,按照SangerSanger双脱氧末端链终止法测定双脱氧末端链终止法测定DNADNA的核的核苷酸序列,最好是使用单链模版苷酸序列,最好是使用单链模版DNADNA。现在已经发展出了一现在已经发展出了一种专门用于制备单链种专门用于制备单链DNADNA的技术的技术不对称不对称PCRPCR技术。技术。这种技术,除了使用的两种引物浓度相差这种技术,除了使用的两种引物浓度相差100100倍以外,其倍以外,其他的方面跟常规他的方面跟常规PCRPCR技术没有什么本质的区别。技术没有什么本质的区别。不对称不对称PCRPCR 2023/1/1614基
18、本原理:基本原理:PCRPCR扩增所用的两条引物中,扩增所用的两条引物中,浓度受限制的只及高浓度的浓度受限制的只及高浓度的1%1%(或(或2%2%)。)。经过经过PCRPCR循环直到限循环直到限制引物耗尽之前,扩增的引物是制引物耗尽之前,扩增的引物是双链的双链的DNADNA序列。而后,反应混序列。而后,反应混合物中的另一种高浓度的引物,合物中的另一种高浓度的引物,则利用限制引物合成的则利用限制引物合成的DNADNA链做链做模板,继续引导模板,继续引导DNADNA合成。合成。这样模板链继续再循环,由高浓这样模板链继续再循环,由高浓度的引物合成的度的引物合成的DNADNA要比限制引要比限制引物多得
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