一、PCR技术服务概述及原理
PCR(Polymerase Chain Reaction)即聚合酶链式反应,是在DNA聚合酶的催化下,以特定的DNA为模板,以特定的核酸片段即PCR引物为扩增起点和终点,通过变性、退火、延伸等步骤,在体外体系中复制出大量与母链模板中所需的DNA片段互补的子链DNA的过程。
PCR的大特点是其扩增产物的特异性、扩增效率的灵敏性、扩增程序的简便性。引物序列及其与模板结合的特异性是决定PCR反应结果的关键。PCR技术是一种DNA体外合成放大技术,具有扩增效率高,扩增特异性高,扩增体系和技术简便成熟的特点,是当今生物学相关实验室广泛使用的一项技术。
二、PCR技术服务的循环步骤
PCR反应过程实际上是一个温度循环变化的过程,一般包括变性---退火---延伸三个基本反应步骤,其基本步骤如下:
(1)模板DNA的变性:模板DNA经加热至92~96℃以上保温1~3分钟,使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离,使之成为单链,以便它与引物结合,为下轮反应作准备;虽然变性时间决定于多种因素模板DNA的复杂性、反应管的几何学、PCR仪的种类甚至反应体积,但是实际经验中,94℃保温3分钟即可以满足绝大部分反应的需求。另外,对于GC含量较高的DNA模板,加入甘油、延长时间、应用核酸类似物可以提高PCR产物的产量。
(2)模板DNA与引物的退火(复性):模板DNA经加热变性成单链后,37~65℃保温0.5~1分钟,寡核苷酸引物与模板DNA单链的互补序列配对结合;这一步的温度取决于引物与靶序列的同源性程度和寡核苷酸引物的碱基组成。引物的摩尔数由于大于靶序列,因此它们与互补序列的配对速度在反应中比模板双链之间的重新配对要快几个数量级。
(3)引物的延伸:DNA模板---引物结合物体系在68~72℃延伸保温相应时间(此步骤具体温度视热稳定DNA聚合酶的种类而定,而保温时间则在考虑DNA聚合酶效率的基础上,依据反应产物的长度决定,如目前常用的DNA聚合酶Taq酶在72℃下每分钟约可以扩增长度为1Kb左右的DNA片段,因此要扩增两2Kb的DNA片段时本步骤的保温温度应设置为72℃、时间为2分钟),在DNA聚合酶的作用下,以dNTP为反应原料,靶序列为模板,按碱基配对与半保留复制原理,合成一条新的与模板DNA 链互补的半保留复制链。
重复循环变性---退火---延伸三过程,就可获得更多的“半保留复制链”,而且这种新链又可成为下次循环的模板使得每个循环中新扩增的目的片段数量以指数式增长。经过一定数量的循环之后,待扩目的DNA片段的数量将被扩增放大几百万倍。到达平台期所需循环次数取决于样品中模板的拷贝。