基因工程章PPT讲稿.ppt

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1、基因工程课件章第1页，共53页，编辑于2022年，星期六一一DNA的限制酶反应的限制酶反应1.酶单位定义酶单位定义:使使1g某种某种DNA在最适反应条件下和在最适反应条件下和1小时内完全酶切小时内完全酶切所需的限制酶活性。所需的限制酶活性。2.酶切反应类型酶切反应类型1)完全酶切完全酶切SV40(5243bp)pBR322(4363bp)2)部分酶切部分酶切3.酶切反应最适条件酶切反应最适条件1)DNA分子的组成分子的组成i.碱基组成与排列方式碱基组成与排列方式ii.识识别别位位点点两两侧侧的的碱碱基基组组成成与与排排列列方方式式，同同一一DNA分分子子中中不不同同识别位点的酶切速度可相差识别

2、位点的酶切速度可相差10倍（如倍（如中的中的EcoRI位点）位点）2)反应条件反应条件i.DNA溶液的纯度和浓度溶液的纯度和浓度（反应浓度）（反应浓度）依实验目的而定依实验目的而定HpaI(CCGG)126ThaI(CGCG)023第2页，共53页，编辑于2022年，星期六ii.限制酶的纯度和稳定性限制酶的纯度和稳定性i)纯度：尽可能保持厂家推荐的反应条件纯度：尽可能保持厂家推荐的反应条件ii)稳定性：保存和反应稳定性：保存和反应iii.反应缓冲液反应缓冲液：常用三种核心缓冲液，即高（常用三种核心缓冲液，即高（H），中（），中（M），低（），低（L）盐缓冲液，不同温度下的）盐缓冲液，不同温度下

3、的pH值值iv.反应温度反应温度：大多数为大多数为37v.双酶切和多酶切反应双酶切和多酶切反应同时酶切和分别酶切。前者要求两种酶使用的缓冲液和反应温度同时酶切和分别酶切。前者要求两种酶使用的缓冲液和反应温度必须相同，即使相同时，一旦发生部分酶切反应，便无法判断是必须相同，即使相同时，一旦发生部分酶切反应，便无法判断是何种酶造成的，因此最好采用后者何种酶造成的，因此最好采用后者-分别酶切。分别酶切。i)第一种酶切第一种酶切电泳检查电泳检查酚酚/氯仿纯化氯仿纯化第二种酶切。第二种酶切。可不考虑酶切先后顺序，但操作步骤多。可不考虑酶切先后顺序，但操作步骤多。ii)采用低浓度盐缓冲液的限制酶切采用低浓

4、度盐缓冲液的限制酶切电泳检查电泳检查采用高浓度盐缓冲采用高浓度盐缓冲液的限制酶切。操作简单，但要分先后。液的限制酶切。操作简单，但要分先后。假如两酶切位点相距很近（如多克隆位点区），首先考虑的则是假如两酶切位点相距很近（如多克隆位点区），首先考虑的则是相互间的酶切是否有影响，两种酶切顺序不同时，其结果大不相相互间的酶切是否有影响，两种酶切顺序不同时，其结果大不相同。同。如如SmaI-BamH(c),BamHI-SmaI(p)第3页，共53页，编辑于2022年，星期六二、限制酶图谱的绘制二、限制酶图谱的绘制1.完全酶切作图法完全酶切作图法1）单酶切作图法单酶切作图法一长度为一长度为5Kb的线状的

5、线状DNA分子用两种限制酶完全酶切的凝胶电泳结分子用两种限制酶完全酶切的凝胶电泳结果和各位点的可能性排列。要确定其位置，可采用下述辅助方法之一。果和各位点的可能性排列。要确定其位置，可采用下述辅助方法之一。i.单酶部分酶切单酶部分酶切：部分酶切时，各种可能性均存在，但只有相邻的：部分酶切时，各种可能性均存在，但只有相邻的两个两个DNA片段才有可能出现在凝胶上。片段才有可能出现在凝胶上。第4页，共53页，编辑于2022年，星期六ii.末端标记完全酶切末端标记完全酶切DNA片段片段末端标记末端标记完全酶切完全酶切凝胶电泳凝胶电泳EtBr染染色观察色观察放射自显影放射自显影2)双酶切作图法双酶切作图

6、法 单酶切结果只能确定一种酶的位点，要将两种单酶切结果画在一张图上单酶切结果只能确定一种酶的位点，要将两种单酶切结果画在一张图上时则不行时则不行第5页，共53页，编辑于2022年，星期六分别作图时，同一种酶的两种作图法都是对的，但当作在一张图上时，分别作图时，同一种酶的两种作图法都是对的，但当作在一张图上时，上述两种可能性中只有一种是对的，因此必须进行双酶切反应，其结上述两种可能性中只有一种是对的，因此必须进行双酶切反应，其结果见图果见图根据上述的原理和步骤，前述的根据上述的原理和步骤，前述的5Kb片段酶片段酶I与酶与酶II的定位结果可用两种的定位结果可用两种方法之一：方法之一：i)单酶切单酶

7、切分离分离DNA片段片段第二种酶切第二种酶切凝胶电泳凝胶电泳ii)单酶切单酶切第二种酶切第二种酶切凝胶电泳凝胶电泳*如果要同时将两种限制酶定位在一条如果要同时将两种限制酶定位在一条DNADNA上时，单酶完全酶切作图就没上时，单酶完全酶切作图就没必要了。必要了。第6页，共53页，编辑于2022年，星期六2.末端标记末端标记-部分酶切作图法部分酶切作图法（Smith-BrinstielSmith-Brinstiel法）法）DNA片段片段末端标记末端标记酶酶1切切分离带标记分离带标记DNA片段片段酶酶2部分酶部分酶切切电泳电泳EtBr染色染色照相照相放射自显影放射自显影结果结果单端标记方法单端标记方

8、法:人工合成单端标记法人工合成单端标记法限制酶切单端标记法限制酶切单端标记法第7页，共53页，编辑于2022年，星期六单端标记方法单端标记方法1人工合成单端标记法人工合成单端标记法第8页，共53页，编辑于2022年，星期六单端标记方法单端标记方法2限制酶切单端标记法限制酶切单端标记法第9页，共53页，编辑于2022年，星期六3.末端标记双相作图法末端标记双相作图法方法方法2仍存在两个不足之处：仍存在两个不足之处：酶酶1的选择不能靠近的选择不能靠近DNA中央；中央；需先分离需先分离DNA片段，该法可克片段，该法可克服上述缺点。服上述缺点。现假设有一片段长现假设有一片段长10Kb，其，其中中RE1

9、有三个切点，有三个切点，RE2有一有一个切点，其图谱可能是个切点，其图谱可能是:第10页，共53页，编辑于2022年，星期六4.Bal31顺序酶解作图法顺序酶解作图法DNA片段片段Bal31处理不同时间取样终止反应处理不同时间取样终止反应限制酶切限制酶切凝胶电泳凝胶电泳染色观察结果染色观察结果5.切口移位作图法切口移位作图法(可检测出可检测出100bp片段片段)双链双链DNA切口移位切口移位限制酶切限制酶切电泳电泳放射自显影放射自显影第11页，共53页，编辑于2022年，星期六6.大尺度限制酶作图大尺度限制酶作图1)条件条件i.电泳方法电泳方法-脉冲场凝胶电泳脉冲场凝胶电泳ii.样品制备样品制

10、备-原位原位DNA制备和酶解制备和酶解iii.人工染色体构建人工染色体构建-pYAC载体构建载体构建iv.脊椎动物基因组中的脊椎动物基因组中的CpG和植物基因组中的和植物基因组中的CpXpG序列存在序列存在2)一般作图程序一般作图程序原位原位DNA样品制备样品制备原位原位DNA限制酶切限制酶切脉冲场凝胶脉冲场凝胶电泳电泳染色染色观察观察3)大尺度作图用酶大尺度作图用酶i.稀有识别序列内切酶稀有识别序列内切酶-I型内含子内切酶型内含子内切酶(真菌细胞核和线粒真菌细胞核和线粒体基因组体基因组,T4噬菌体噬菌体,衣藻叶绿体和线粒体衣藻叶绿体和线粒体)；酵母；酵母HO内切酶；大内切酶；大肠杆菌肠杆菌r

11、ecA虽然这些内切酶识别的序列都很长：虽然这些内切酶识别的序列都很长：10-19bp，但高等动植物基，但高等动植物基因组中含有这类位点却极少，因而很少使用因组中含有这类位点却极少，因而很少使用第12页，共53页，编辑于2022年，星期六ii.II型限制酶型限制酶人基因组有人基因组有45,000个个CpG岛岛,一个长度约为一个长度约为1.5kb富含富含GC的的DNA片段片段,其中只有其中只有25%的的CpG岛未被甲基化岛未被甲基化,这些这些CpG岛常位于基因的岛常位于基因的5-端端,未被甲未被甲基化的基化的CpG岛平均长约岛平均长约270kb可可用用于于大大尺尺度度限限制制酶酶作作图图的的限限制

12、制酶酶具具有有如如下下特特征征：识识别别8或或6bp序序列列；富含或只含富含或只含GC序列；含有序列；含有CpG序列序列i)AscI-GGCGCGCC和和NotI-GCGGCCGCii)FseI-GGCCGGCC和和SrFI-GCCCGGGCiii)SfiI-GGCCNNNNNGGCCiv)CpoI/CspI/RsrII-CGGA(T)CCGv)BssHI-GCGCGC,EagI-CGGCCG和和SacII-CCGCGGvi)NaeI-GCCGGC,NarI-GGCGGC,SmaI-CCCGGGvii)MluI-ACGCGT,NruI-TCGCGA,PvuI-CGATCG,SplI-CGTAC

13、GCH3CH3CH3CH3CH3CH3第13页，共53页，编辑于2022年，星期六三三.限制酶图谱的用途限制酶图谱的用途1.基因工程中的应用基因工程中的应用1)克隆载体图谱克隆载体图谱,便于便于DNA重组重组;2)克隆片段图谱可用于次克隆克隆片段图谱可用于次克隆,体外突变体外突变,基因定位基因定位,核酸定序核酸定序.2.突变体检测突变体检测遗传学图谱必须依赖各种突变体存在遗传学图谱必须依赖各种突变体存在,因此必然发生了因此必然发生了基因型和表型基因型和表型的变化的变化.限制酶图谱限制酶图谱不必依赖表型变化不必依赖表型变化,酶谱的变化一定是基因型发生了变化酶谱的变化一定是基因型发生了变化,但不一

14、定发生了表型变化但不一定发生了表型变化,即即表型的变化不一定会导致酶谱变化表型的变化不一定会导致酶谱变化.1)缺失突变体的检测缺失突变体的检测:某某DNA片段消失片段消失,代之以一较小代之以一较小DNA片段片段.2)插入突变体的检测插入突变体的检测:某某DNA片段消失片段消失,代之以一较大代之以一较大DNA片段片段.第14页，共53页，编辑于2022年，星期六缺失和插入突变体的检测（缺失和插入突变体的检测（I）III点突变的检测（点突变的检测（II）第15页，共53页，编辑于2022年，星期六3）点突变的检测）点突变的检测:某某DNA片段消失片段消失,代之以两较小的代之以两较小的DNA片段片段

15、.前者的前者的长度等于后两者长度之和长度等于后两者长度之和(位点增加位点增加)；某两；某两DNA片段消失片段消失,代之以一较大代之以一较大DNA片段，前者的长度之和等于后者长度片段，前者的长度之和等于后者长度(位点消失位点消失).3.重组频率的测定重组频率的测定同同一一染染色色体体座座位位上上的的等等位位基基因因可可能能具具有有不不同同的的表表型型,从从而而构构成成遗遗传传多多型型性性.等等位位基基因因的的限限制制酶酶谱谱也也可可能能具具有有多多型型性性,这这就就是是限限制制酶酶片片段段长长度度多多型性型性(Restrictionfragmentlengthpolymorphism,RFLP)

16、不同个体不同个体总总DNA限制酶完全酶切限制酶完全酶切Southern印迹印迹杂交杂交结果分析结果分析第16页，共53页，编辑于2022年，星期六当不同个体交配时当不同个体交配时,除自由组合外除自由组合外,也可发生重组也可发生重组,如不同果蝇交如不同果蝇交配时配时,其后代的表型和限制酶谱可为其后代的表型和限制酶谱可为:表型表型红红:白白=1:1,限制酶谱限制酶谱30%个体已发生了重组个体已发生了重组.4.遗传疾病的诊断遗传疾病的诊断分析正常人与遗传病患者的某些分析正常人与遗传病患者的某些DNA片段的限制酶谱片段的限制酶谱,便可发现其差便可发现其差异异,并总结出各种遗传疾病的限制酶长度多态性图。

17、临床诊断时，将并总结出各种遗传疾病的限制酶长度多态性图。临床诊断时，将遗传病可疑患者的限制酶谱与之比较遗传病可疑患者的限制酶谱与之比较,便可判断其是否患有此病便可判断其是否患有此病.第17页，共53页，编辑于2022年，星期六第五节第五节DNA的的连连接接 第18页，共53页，编辑于2022年，星期六一一.DNA的连接方法的连接方法两种不同的两种不同的DNA分子可以经过下述的方法之一进行连接分子可以经过下述的方法之一进行连接,而方法的选用而方法的选用则是根据其两者末端的则是根据其两者末端的DNA结构结构.1.直接连结法直接连结法-该法适用于该法适用于:1)同种限制酶作用不同同种限制酶作用不同D

18、NA片段产生的片段产生的相同粘性末端相同粘性末端重组重组DNA可用同种酶再切开可用同种酶再切开,但识别简并序列的限制酶除外但识别简并序列的限制酶除外(如如AraI)2)不同种限制酶作用不同不同种限制酶作用不同DNA片段产生的片段产生的相容性末端相容性末端i.重组重组DNA分子不能再为这两种酶所作用分子不能再为这两种酶所作用,如如:BamHI/BglIIii.重组重组DNA分子可为其中一种酶所作用分子可为其中一种酶所作用,但为另一种酶作用的可但为另一种酶作用的可能性较小能性较小,如如MboI/BamHI3)PCR产物与特定载体的连接产物与特定载体的连接4)限制酶和其他方式产生的限制酶和其他方式产

19、生的平整末端平整末端.第19页，共53页，编辑于2022年，星期六2.人工接头连接法人工接头连接法1)人工接头（人工接头（linker）的结构）的结构i.中轴对称互补中轴对称互补,可自行退火形成双链可自行退火形成双链.如如:5-CCGGAATTCCGG-33-GGCCTTAAGGCC-5ii.至少有一特定的限制酶识别位点至少有一特定的限制酶识别位点iii.某种限制酶的一套人工接头可使插入片段与表达载体保持同相某种限制酶的一套人工接头可使插入片段与表达载体保持同相.如如:八聚体八聚体d(GGAATTCC)十聚体十聚体d(CGGAATTCCG)十二聚体十二聚体d(CCGGAATTCCGG)2)用途

20、用途i.平整末端的连接平整末端的连接(各种结构的各种结构的DNA末端均可经过修饰变成平整末端均可经过修饰变成平整末端末端)2X5-CCGGAATTCCGG-3退火退火第20页，共53页，编辑于2022年，星期六ii.产生新的克隆位点产生新的克隆位点iii.合成匹配接头合成匹配接头3)连接方法连接方法人工接头磷酸化人工接头磷酸化退火形成双链退火形成双链与目的与目的DNA相连相连限制限制酶切酶切两两DNA分子相连分子相连4)适用范围适用范围 人工接头连接法适合于那些只有一种人工接头连接法适合于那些只有一种DNADNA片段需加人工接头就可以与片段需加人工接头就可以与另一另一DNADNA分子相连的分子

21、相连的DNADNA分子分子.利用人工接头也可使任意两个平端的利用人工接头也可使任意两个平端的DNADNA分子相连分子相连.这种直接相连的办法简便这种直接相连的办法简便,快速快速,但最后连接起来的但最后连接起来的DNADNA可能具有可能具有不同的结构不同的结构.为避免这些结构的产生为避免这些结构的产生,可先使一种可先使一种DNADNA先加上人工接头后先加上人工接头后,再再与另一种与另一种DNADNA分子相连分子相连.第21页，共53页，编辑于2022年，星期六3.匹配接头连接法匹配接头连接法人工接头虽然可连接两个具不同末端的人工接头虽然可连接两个具不同末端的DNA分子分子,但这些末端在加入人工接

22、但这些末端在加入人工接头前必须变为平整末端头前必须变为平整末端.然而然而,有时实验不容许使用人工接头或使用人有时实验不容许使用人工接头或使用人工接头不方便工接头不方便,此时此时,便可使用匹配接头便可使用匹配接头,它可用于直接连接各种具不同末它可用于直接连接各种具不同末端的端的DNA分子分子:i.平端平端+突起末端突起末端(5-突起突起,3-突起突起)ii.粘性末端粘性末端(5-突起突起+5-突起突起:EcoRI+HindIII5-突起突起+3-突起突起:EcoRI+PstI3-突起突起+3-突起突起:PstI+SacI)1)匹配接头的结构特点匹配接头的结构特点i.由两个低聚核苷酸组成由两个低聚

23、核苷酸组成ii.部分区域可以互补部分区域可以互补iii.退火后的双链低聚核苷酸可以形成两个不同的末端退火后的双链低聚核苷酸可以形成两个不同的末端2)匹配接头的种类匹配接头的种类第22页，共53页，编辑于2022年，星期六i.预制匹配接头预制匹配接头(连接平端和粘性末端连接平端和粘性末端)人工接头人工接头+匹配接头匹配接头预制匹配接头预制匹配接头ii.转换匹配接头转换匹配接头(连接连接5-突起和突起和3-突起末端突起末端)二匹配接头退火二匹配接头退火转换匹配接头转换匹配接头二人工接头二人工接头连接酶连接酶双酶切双酶切转换匹配接头转换匹配接头iii.单链匹配接头单链匹配接头(连接连接5-突起和突起

24、和3-突起末端突起末端)4.同聚物加尾连接法同聚物加尾连接法在两个不同的在两个不同的DNA分子末端各加上一个可互补的同聚物分子末端各加上一个可互补的同聚物,即即AT或或GC.5.连接方法的选择连接方法的选择方法选择的依据方法选择的依据:1)两两DNA分子的末端结构分子的末端结构2)DNA分子的限制酶谱分子的限制酶谱3)是否需要回收是否需要回收DNA片段片段第23页，共53页，编辑于2022年，星期六连接方式的选择连接方式的选择载体末端载体末端外源外源DNA末端末端常规连接常规连接脱磷酸化脱磷酸化同聚物同聚物平端连接平端连接补齐补齐,人工接头人工接头结构结构结构结构载体载体加尾加尾外切酶外切酶5

25、-突起突起相容相容5-突起突起第二选择第二选择第一选择第一选择不能不能不能不能不能不能5-突起突起非相容非相容5-突起突起不能不能结合使用接头结合使用接头不能不能不能不能第一选择第一选择3-突起突起相容相容3-突起突起唯一选择唯一选择不能不能不能不能不能不能不能不能3-突起突起非相容非相容3-突起突起不能不能不能不能第一选择第一选择不能不能第二选择第二选择或平端或平端3-突起突起5-端突起端突起不能不能不能不能第一选择第一选择不能不能第二选择第二选择(补齐后补齐后)平端平端平端平端不能不能可能可能可能可能第一选择第一选择可能可能平端平端3-或或5-突起突起不能不能不能不能第一选择第一选择不能不

26、能第二选择第二选择第24页，共53页，编辑于2022年，星期六二二.DNA的连接反应的连接反应1.连接反应理论连接反应理论当两种当两种DNA分子相连时分子相连时,它们可能产生不同的结果它们可能产生不同的结果,这些结果与以下这些结果与以下因素有关因素有关:1)连接反应系统中的总连接反应系统中的总DNA浓度浓度i2)一个一个DNA分子靠近同一分子另一端的有效浓度分子靠近同一分子另一端的有效浓度j,该值与该值与DNA的长的长度成反比度成反比,即即DNA分子越大分子越大,该分子的两末端越不易相互作用该分子的两末端越不易相互作用(即自即自身环化身环化)3)两种不同两种不同DNA分子的克分子浓度之比值分子

27、的克分子浓度之比值.2.连接反应条件连接反应条件1)评估连接反应结果的方法评估连接反应结果的方法i.琼脂糖凝胶电泳琼脂糖凝胶电泳ii.大肠杆菌转化大肠杆菌转化2)反应条件反应条件第25页，共53页，编辑于2022年，星期六i.温度温度ii.ATP浓度浓度iii.时间时间iv.连接酶浓度连接酶浓度v.克分子比率克分子比率第26页，共53页，编辑于2022年，星期六第六节第六节PCR技技术术第27页，共53页，编辑于2022年，星期六一一DNA体外扩增技术体外扩增技术1.PCR反应体系反应体系1)基本原理基本原理(PCRPolymeraseChainReaction聚合酶链式反聚合酶链式反应应)一

28、个一个DNA经经n次扩增后次扩增后,一个一个DNA分子可变为分子可变为2n个分子个分子DNA扩增需扩增需要对待扩增的要对待扩增的DNA序列有所了解，至少要对其两侧的核苷酸序序列有所了解，至少要对其两侧的核苷酸序列为已知，以便合成寡核苷酸引物列为已知，以便合成寡核苷酸引物2)基本操作基本操作待扩增的待扩增的DNA片段片段+dNTP+TrisHCl缓冲液缓冲液+两引物两引物90变性变性3050退火退火30加入加入TaqDNA聚合酶聚合酶751进入第二进入第二次循环次循环25-30次循环次循环第28页，共53页，编辑于2022年，星期六PCR原原理理示示意意图图第29页，共53页，编辑于2022年，

29、星期六2.PCR产物的鉴定产物的鉴定1)PCR产物的大小和限制酶谱分析产物的大小和限制酶谱分析2)寡聚核苷酸限制性内切酶片段分析（寡聚核苷酸限制性内切酶片段分析（OR分析分析，OligomerRestrictionanalysis）OR分析对于分析对于PCR产物的限制酶位点上发生了点突变的检测极其有用产物的限制酶位点上发生了点突变的检测极其有用第30页，共53页，编辑于2022年，星期六PCR产物的产物的OR鉴定鉴定第31页，共53页，编辑于2022年，星期六3)分子杂交分子杂交适合于检测适合于检测PCR产物的非限制酶位点上碱基突变。它是利用两条引产物的非限制酶位点上碱基突变。它是利用两条引物

30、链间的特异性物链间的特异性DNA片段作探针片段作探针(常为人工合成的一段低聚核苷酸，约常为人工合成的一段低聚核苷酸，约20n.t.).当这种探针的核苷酸序列与待测的当这种探针的核苷酸序列与待测的DNA核苷酸序列完全互补时才能核苷酸序列完全互补时才能杂交。如果利用多种等位基因特异性寡核苷酸探针（杂交。如果利用多种等位基因特异性寡核苷酸探针（allele-specificOligonucleotide,ASO）与）与PCR产物进行杂交，可检测出产物进行杂交，可检测出PCR产物的碱产物的碱基突变。基突变。可直接利用斑点杂交方法用于基因型分析可直接利用斑点杂交方法用于基因型分析第32页，共53页，编辑

31、于2022年，星期六4)核苷酸序列分析核苷酸序列分析DNA扩增产物扩增产物变性变性与末端标记的扩增引物或定序引物与末端标记的扩增引物或定序引物退火退火双脱氧核苷酸链终止反应，测定双脱氧核苷酸链终止反应，测定DNA序列序列第33页，共53页，编辑于2022年，星期六二二TaqDNA聚合酶的特点聚合酶的特点TaqDNA聚合酶是从一种极度嗜热水生栖热菌聚合酶是从一种极度嗜热水生栖热菌YT-1中分离纯化中分离纯化而得。该酶的分子量为而得。该酶的分子量为63-68kD1.无磷酸单酯酶、磷酸二酯酶以及单链外切酶活性，无内切酶活性，无磷酸单酯酶、磷酸二酯酶以及单链外切酶活性，无内切酶活性，但具有依赖于聚合酶

32、活性的但具有依赖于聚合酶活性的53外切酶活性外切酶活性2.最适反应温度为最适反应温度为80 3.最适最适pH8.0和最佳反缓冲液和最佳反缓冲液TrisHCl 4.最佳二价阳离子最佳二价阳离子Mg2+（10mM）5.具良好的热稳定性：在具良好的热稳定性：在90下连续反应下连续反应30分钟仍有分钟仍有70%的酶的酶活活第34页，共53页，编辑于2022年，星期六TaqDNA聚合酶的特性聚合酶的特性第35页，共53页，编辑于2022年，星期六当采用当采用TaqDNA聚合酶进行聚合酶进行DNA体外扩增时，必须考虑到以下五个参数：体外扩增时，必须考虑到以下五个参数：1）热稳定性热稳定性：在：在PCR循环

33、中循环中DNA的变性时间常为的变性时间常为30-60，若循环，若循环30次，其累计加热次，其累计加热变性时间为变性时间为15-30。TaqDNA聚合酶在聚合酶在90下保温下保温30仍具有仍具有70%酶活性，可大大减酶活性，可大大减少操作步骤，少操作步骤，易于实现自动化易于实现自动化*2）模板与引物的特异性模板与引物的特异性：当：当退火温度和退火温度和DNA链延伸链延伸时温度时温度偏低偏低时，引物与模板配对的时，引物与模板配对的特特异性大大降低异性大大降低，从而导致一些不需要的，从而导致一些不需要的DNA片段被扩增。显然，其产物的专一性片段被扩增。显然，其产物的专一性大大降低，使结果无法分析。由

34、于大大降低，使结果无法分析。由于TaqDNA聚合酶最适反应温度为聚合酶最适反应温度为80，退火温度，退火温度可提高到可提高到55以上以上，由此大大减少了引物与模板的非专一性结合，使，由此大大减少了引物与模板的非专一性结合，使产物均一性产物均一性大大增加大大增加*3）合成产率合成产率：反应底物和产物在：反应底物和产物在DNA扩增中不断发生变化，最终将会导致聚合反应进扩增中不断发生变化，最终将会导致聚合反应进入入平台期平台期，平台期出现的时间与聚合酶的特性有关。研究表明，利用，平台期出现的时间与聚合酶的特性有关。研究表明，利用Klenow片段进行片段进行20次扩增后进入平台期，累积产物拷贝数为次扩

35、增后进入平台期，累积产物拷贝数为2105，当采用，当采用TaqDNA聚合酶时，扩增聚合酶时，扩增25次次后才进入平台期，拷贝数可大后才进入平台期，拷贝数可大4106*4）延伸长度延伸长度：有时为了获取较长：有时为了获取较长DNA片段的扩增，这就要求片段的扩增，这就要求DNA聚合酶具有较强的聚合酶具有较强的延伸能力。当扩增片段大于延伸能力。当扩增片段大于250bp时，时，Klenow片段和片段和T4聚合酶扩增产率大大降低。利用聚合酶扩增产率大大降低。利用T7DNA聚合酶聚合酶，可使扩增片段达，可使扩增片段达2Kb。当利用。当利用TaqDNA聚合酶聚合酶时，最长延伸长度时，最长延伸长度为为4.4K

36、b.第36页，共53页，编辑于2022年，星期六经改造的经改造的TaqDNA聚合酶可扩增出聚合酶可扩增出40kb的的DNA片段片段.5）扩增产物的可靠性扩增产物的可靠性：评估：评估DNA聚合酶的一个重要指标是它复制聚合酶的一个重要指标是它复制DNA的可靠性，的可靠性，即掺入错误碱基的频率。这对于即掺入错误碱基的频率。这对于PCR技术的可靠性是至关重要的。技术的可靠性是至关重要的。Klenow片段的错误片段的错误掺入率为掺入率为10-4，TaqDNA聚合酶的错误掺入率为聚合酶的错误掺入率为510-3，而，而T4聚合酶的错误掺入率聚合酶的错误掺入率为为10-7。*注：注：1）退火温度常与引物的长度

37、和碱基组成有直接相关关系，）退火温度常与引物的长度和碱基组成有直接相关关系，引物越长或引物越长或GC含量较高，退含量较高，退火的温度可以高些火的温度可以高些，反之则低反之则低些。退火温度越高，引物与模板（即扩增的些。退火温度越高，引物与模板（即扩增的DNA）结）结合的特异性越高，这可大大减少非特异性合的特异性越高，这可大大减少非特异性DNA片段的扩增。片段的扩增。引物的长度常为引物的长度常为20-28聚体，其中有聚体，其中有50%以上的以上的GC含量，无自身互补序列，特含量，无自身互补序列，特别是别是3末端不应有内部二级结构，引物加量为每末端不应有内部二级结构，引物加量为每100ll20pmo

38、l.*2)出现平台期的原因可能有出现平台期的原因可能有：后期循环酶浓度或聚合时间不足；后期循环酶浓度或聚合时间不足；引物耗尽；引物耗尽；dNTP耗尽；耗尽；产物浓度过高，以致产物浓度过高，以致ds-DNA解链后又迅速退火，不能与引物结合。解链后又迅速退火，不能与引物结合。*3）链延伸长度与延伸时间有关链延伸长度与延伸时间有关，对于，对于TaqDNA聚合酶，每分钟可形成聚合酶，每分钟可形成2000n.t.或或更多。如果要扩增更多。如果要扩增3-4Kb的的DNA，在，在72下需将酶延伸时间增至下需将酶延伸时间增至3-4分钟。分钟。第37页，共53页，编辑于2022年，星期六三三PCR方法方法1.强

39、化强化PCR（BoostedPCR）将将PCR分为两个阶段：分为两个阶段：1）引物与模板之比为）引物与模板之比为107，扩增，扩增20个周期个周期2）引物与模板之比为）引物与模板之比为10121013，再扩增，再扩增10个周期个周期该法适合于待扩增该法适合于待扩增DNA浓度较低时。浓度较低时。2.混合寡核苷酸引物混合寡核苷酸引物PCR（mixedoligonucleotideprimedamplificationofcDNA,MOPAC）根据各氨基酸最常用的密码子合成一系列引物，对某一特定根据各氨基酸最常用的密码子合成一系列引物，对某一特定cDNA进行扩增。进行扩增。3.锚定锚定PCR(Anc

40、horedPCR，A-PCR)第38页，共53页，编辑于2022年，星期六4.连结连结PCR(ligationmediatedPCR)该法可用于核苷酸序列测定该法可用于核苷酸序列测定,DNA足迹分析技术和测定甲基化作用足迹分析技术和测定甲基化作用第39页，共53页，编辑于2022年，星期六5.不对称不对称PCR(AsymmetricalPCR)采用不同引物浓度比率，如采用不同引物浓度比率，如50：1，100：1，可得大量拷贝的，可得大量拷贝的ssDNA用用于测序于测序6.GC串串PCR(GCclampPCR)应用应用变性剂梯度凝胶电泳变性剂梯度凝胶电泳(denaturinggradientge

41、lelectrophoresis,DGGE)可检测出可检测出DNA片段中一对碱基的变化，在片段中一对碱基的变化，在DNA分子一端加上一分子一端加上一GC串（约串（约40n.t.）利用它的高解链温度特性，在梯度变性胶上可检测出原）利用它的高解链温度特性，在梯度变性胶上可检测出原DNA链中最链中最高解链区内的点突变高解链区内的点突变第40页，共53页，编辑于2022年，星期六7.竞争引物竞争引物PCR(competitive oligonucieotide primer (competitive oligonucieotide primer PCR,COP-PCR)PCR,COP-PCR)有一个碱

42、基变化的两种引物在较宽松的复性条件下竞争有一个碱基变化的两种引物在较宽松的复性条件下竞争DNA模板，其中模板，其中只有完全互补的引物才能大量配对。该法可用于测定某一只有完全互补的引物才能大量配对。该法可用于测定某一DNA片段上片段上是否带有某一已知碱基置换。是否带有某一已知碱基置换。第41页，共53页，编辑于2022年，星期六8.等位基因专一等位基因专一PCR(AllelespecificPCR,ASPCR)该法可用于检测点突变。如用于检测镰刀形贫血症。该法可用于检测点突变。如用于检测镰刀形贫血症。9.反转反转PCR(inverserarinvertedPCR)该法可用于扩增已知该法可用于扩增

43、已知序列两侧的未知序列序列两侧的未知序列第42页，共53页，编辑于2022年，星期六10.反向反向PCR(reversetranscriptionPCR,RT-PCR)主要用于主要用于mRNA的的PCR扩增扩增第43页，共53页，编辑于2022年，星期六11.加端加端PCR(Add-onPCR)在合成引物时加上研究者所需要的核苷酸序列，如某种限制酶的识别在合成引物时加上研究者所需要的核苷酸序列，如某种限制酶的识别序列，某一基因的调控或其它必需序列序列，某一基因的调控或其它必需序列12.错配错配PCR（mismatchedPCR)利用该法可在一已知利用该法可在一已知DNA序列中引起点突变，缺失突

44、变和插入突变。序列中引起点突变，缺失突变和插入突变。第44页，共53页，编辑于2022年，星期六13.重组重组PCR(RecombinantPCR)利用该法可将不同基因的利用该法可将不同基因的DNA片段连接在一起。片段连接在一起。第45页，共53页，编辑于2022年，星期六14.基因克隆基因克隆PCR利用该法可获一完整的利用该法可获一完整的cDNA克隆。克隆。四四.定量定量PCR技术技术1.基本原理基本原理N=N0(1+eff)nN-最终拷贝数；最终拷贝数；N0-起始拷贝数；起始拷贝数；eff-扩增效率；扩增效率；n-扩增次数扩增次数2.测定方法测定方法竞争竞争PCR法法(加入已知量的标准物加

45、入已知量的标准物)；RT-PCR-转录法转录法第46页，共53页，编辑于2022年，星期六第47页，共53页，编辑于2022年，星期六五五PCR技术的应用技术的应用1.遗传疾病的诊断遗传疾病的诊断人类镰刀型贫血症是因第六个密码子的第二个字母发生了人类镰刀型贫血症是因第六个密码子的第二个字母发生了AT的的改变，从而导致该位点的谷氨酸为缬氨酸所取代改变，从而导致该位点的谷氨酸为缬氨酸所取代。AT突变还导致限突变还导致限制酶制酶OxaNI位点的消失位点的消失。利用利用PCR技术和限制酶谱分析诊断此分子疾病大致过程如下：技术和限制酶谱分析诊断此分子疾病大致过程如下：DNA扩增扩增PAGE染色染色观察观

46、察比较不同个体的结果比较不同个体的结果限制酶切限制酶切PAGE染色染色观察观察此法可在此法可在3-4h获得结果，比常规的获得结果，比常规的Southern杂交法简便、快速。杂交法简便、快速。第48页，共53页，编辑于2022年，星期六2.传染病的诊断传染病的诊断如果已知某种病原菌如果已知某种病原菌(体体)中的特异性中的特异性DNA片段的核苷酸序列，这片段的核苷酸序列，这个片段就可以用于个片段就可以用于DNA扩增，并利用扩增，并利用DNA杂交或凝胶电泳的方法诊断杂交或凝胶电泳的方法诊断病原体的存在与否。病原体的存在与否。例如例如AIDS的诊断，常规方法是利用血清背景和病毒培养，往往需要的诊断，常

47、规方法是利用血清背景和病毒培养，往往需要3-4个星期，采用个星期，采用PCR技术则只需一天左右，且准确率高技术则只需一天左右，且准确率高3.基因的快速克隆基因的快速克隆根据已知基因序列设计根据已知基因序列设计PCR引物引物,可直接在不同的样品中进行可直接在不同的样品中进行PCR扩增扩增,而不必分离纯化生物样品而不必分离纯化生物样品4.基因突变基因突变1）缺失突变）缺失突变2）插入突变）插入突变3）点突变）点突变-单点和多点突变单点和多点突变第49页，共53页，编辑于2022年，星期六六六.等温等温3SR(self-substainedsequencereplication)反应系统反应系统七七.等温链取代扩增反应系统等温链取代扩增反应系统(SDA,stranddisplacementamplification)第50页，共53页，编辑于2022年，星期六等等温温3SR反反应应系系统统(self-substainedsequencereplication)第51页，共53页，编辑于2022年，星期六等等温温链链取取代代扩扩增增反反应应系系统统(SDA,stranddisplacementamplification)第52页，共53页，编辑于2022年，星期六第53页，共53页，编辑于2022年，星期六