PCR技術(shù)必須有人工合成的合理引物和提取的樣品DNA,然后才進行自動熱循環(huán),zui后進行產(chǎn)物鑒定與分析。引物設(shè)計與合成目前只能在少數(shù)技術(shù)力量較強的研究院、所進行,臨床應(yīng)用只需購買pcr檢測試劑盒就可開展工作,PCR自動熱循環(huán)中影響因素很多,對不同的DNA樣品,PCR反應(yīng)中各種成份加入量和溫度循環(huán)參數(shù)均不一致?,F(xiàn)將幾種主要影響因素介紹如下。
一、溫度循環(huán)參數(shù)
在PCR自動熱循環(huán)中,zui關(guān)鍵的因素是變性與退火的溫度。如操作范例所示,其變性、退火、延伸的條件是:94℃60s, 37℃60s, 72℃120s,共25~30個循環(huán),擴增片段500bp。在這里,每一步的時間應(yīng)從反應(yīng)混合液達到所要求的溫度后開始計算。在自動熱循環(huán)儀內(nèi)由混合液原溫度變至所要求溫度的時間需要30~60s,這一遲滯時間的長短取決于幾個因素,包括反應(yīng)管類型、壁厚、反應(yīng)混合液體積、熱源(水浴或加熱塊)以及兩步驟間的溫度差,在設(shè)置熱循環(huán)時應(yīng)充分給以重視和考慮,對每一儀器均應(yīng)進行實測。
關(guān)于熱循環(huán)時間的另一個重要考慮是兩條引物之間的距離;距離越遠,合成靶序列全長所需的時間也越長,前文給出的反應(yīng)時間是按zui適于合成長度500bp的靶序列擬定的。下面就各種溫度的選擇作一介紹。
1.模板變性溫度變性溫度是決定PCR反應(yīng)中雙鏈DNA解鏈的溫度,達不到變性溫度就不會產(chǎn)生單鏈DNA模板,PCR也就不會啟動。變性溫度低則變性不*,DNA雙鏈會很快復(fù)性,因而減少產(chǎn)量。一般取90~95℃。樣品一旦到達此溫度宜迅速冷卻到退火溫度。DNA變性只需要幾秒種,時間過久沒有必要;反之,在高溫時間應(yīng)盡量縮短,以保持Taq dna聚合酶的活力,加入Taq DNA聚合酶后zui高變性溫度不宜超過95℃。
2.引物退火溫度退火溫度決定PCR特異性與產(chǎn)量;溫度高特異性強,但過高則引物不能與模板牢固結(jié)合,DNA擴增效率下降;溫度低產(chǎn)量高,但過低可造成引物與模板錯配,非特異性產(chǎn)物增加。一般先由37℃反應(yīng)條件開始,設(shè)置一系列對照反應(yīng),以確定某一特定反應(yīng)的zui適退火溫度。也可根據(jù)引物的(G+C)%含量進行推測,把握試驗的起始點,一般試驗中退火溫度Ta(annealing temperature)比擴增引物的融解溫度TTm(melting temperature)低5℃,可按公式進行計算:
Ta = Tm - 5℃= 4(G+C)+ 2(A+T) -5℃
其中A,T,G,C分別表示相應(yīng)堿基的個數(shù)。例如,20個堿基的引物,如果(G+C)%含量為50%時,則Ta的起點可設(shè)在55℃。在典型的引物濃度時(如0.2μmol/L),退火反應(yīng)數(shù)秒即可完成,長時間退火沒有必要。
3.引物延伸溫度溫度的選擇取決于Taq DNA聚合酶的zui適溫度。一般取70~75℃,在72℃時酶催化核苷酸的標準速率可達35~100個核苷酸/秒。每分鐘可延伸1kb的長度,其速度取決于緩沖溶液的組成、pH值、鹽濃度與DNA模板的性質(zhì)。擴增片段如短于150bp,則可省略延伸這一步,而成為雙溫循環(huán),因Taq DNA聚合酶在退火溫度下足以完成短序列的合成。對于100~300bp之間的短序列片段,采用快速、簡便的雙溫循環(huán)是行之有效的。此時,引物延伸溫度與退火溫度相同。對于1kb以上的dna片段,可根據(jù)片段長度將延伸時間控制在1~7min,與此同時,在PCR緩沖液中需加入明膠或BSA試劑,使Taq DNA聚合酶在長時間內(nèi)保持良好的活性與穩(wěn)定性;15%~20%的甘油有助于擴增2.5kb左右或較長DNA片段。
4.循環(huán)次數(shù)常規(guī)PCR一般為25~40個周期。一般的錯誤是循環(huán)次數(shù)過多,非特異性背景嚴重,復(fù)雜度增加。當然循環(huán)反應(yīng)的次數(shù)太少,則產(chǎn)率偏低。所以,在保證產(chǎn)物得率前提下,應(yīng)盡量減少循環(huán)次數(shù)。
擴增結(jié)束后,樣品冷卻并置4℃保存。
二、引物引物設(shè)計
要擴增模板DNA,首先要設(shè)計兩條寡核苷酸引物,所謂引物,實際上就是兩段與待擴增靶DNA序列互補的寡核苷酸片段,兩引物間距離決定擴增片段的長度,兩引物的5’端決定擴增產(chǎn)物的兩個5’末端位置。由此可見,引物是決定PCR擴增片段長度、位置和結(jié)果的關(guān)鍵,引物設(shè)計也就更為重要。
引物設(shè)計的必要條件是與引物互補的靶DNA序列必須是已知的,兩引物之間的序列未必清楚,這兩段已知序列一般為15~20個堿基,可以用DNA合成儀合成與其對應(yīng)互補的二條引物,除此之外,引物設(shè)計一般遵循的原則包括: