一、PCR技術服務概述及原理
PCR(Polymerase Chain Reaction)即聚合酶鏈式反應,是在DNA聚合酶的催化下,以特定的DNA為模板,以特定的核酸片段即PCR引物為擴增起點和終點,通過變性、退火、延伸等步驟,在體外體系中復制出大量與母鏈模板中所需的DNA片段互補的子鏈DNA的過程。
PCR的大特點是其擴增產物的特異性、擴增效率的靈敏性、擴增程序的簡便性。引物序列及其與模板結合的特異性是決定PCR反應結果的關鍵。PCR技術是一種DNA體外合成放大技術,具有擴增效率高,擴增特異性高,擴增體系和技術簡便成熟的特點,是當今生物學相關實驗室廣泛使用的一項技術。
二、PCR技術服務的循環步驟
PCR反應過程實際上是一個溫度循環變化的過程,一般包括變性---退火---延伸三個基本反應步驟,其基本步驟如下:
(1)模板DNA的變性:模板DNA經加熱至92~96℃以上保溫1~3分鐘,使模板DNA雙鏈或經PCR擴增形成的雙鏈DNA解離,使之成為單鏈,以便它與引物結合,為下輪反應作準備;雖然變性時間決定于多種因素模板DNA的復雜性、反應管的幾何學、PCR儀的種類甚至反應體積,但是實際經驗中,94℃保溫3分鐘即可以滿足絕大部分反應的需求。另外,對于GC含量較高的DNA模板,加入甘油、延長時間、應用核酸類似物可以提高PCR產物的產量。
(2)模板DNA與引物的退火(復性):模板DNA經加熱變性成單鏈后,37~65℃保溫0.5~1分鐘,寡核苷酸引物與模板DNA單鏈的互補序列配對結合;這一步的溫度取決于引物與靶序列的同源性程度和寡核苷酸引物的堿基組成。引物的摩爾數由于大于靶序列,因此它們與互補序列的配對速度在反應中比模板雙鏈之間的重新配對要快幾個數量級。
(3)引物的延伸:DNA模板---引物結合物體系在68~72℃延伸保溫相應時間(此步驟具體溫度視熱穩定DNA聚合酶的種類而定,而保溫時間則在考慮DNA聚合酶效率的基礎上,依據反應產物的長度決定,如目前常用的DNA聚合酶Taq酶在72℃下每分鐘約可以擴增長度為1Kb左右的DNA片段,因此要擴增兩2Kb的DNA片段時本步驟的保溫溫度應設置為72℃、時間為2分鐘),在DNA聚合酶的作用下,以dNTP為反應原料,靶序列為模板,按堿基配對與半保留復制原理,合成一條新的與模板DNA 鏈互補的半保留復制鏈。
重復循環變性---退火---延伸三過程,就可獲得更多的“半保留復制鏈”,而且這種新鏈又可成為下次循環的模板使得每個循環中新擴增的目的片段數量以指數式增長。經過一定數量的循環之后,待擴目的DNA片段的數量將被擴增放大幾百萬倍。到達平臺期所需循環次數取決于樣品中模板的拷貝。