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1、PCR技术及其应用,PCR的定义：PCR（polymerase chain reaction) ：聚合酶链式反应，又称体外DNA扩增技术。,聚合酶链式反应于1983年由美国科学家K.Mullis建立，荣获1993年度诺贝尔化学奖，为生命科学领域的研究开创了崭新时代。,PCR技术原理,5,Primer 1,5,Primer 2,5,5,Template DNA,一、基本工作原理,目 录,目 录,Target Amplification,No. of No. Amplicon Cycles Copies of Target 1 2 2 4 3 8 4 16 5 32 6 64 20 1,048,5
2、76 30 1,073,741,824,1 cycle = 2 Amplicon,2 cycle = 4 Amplicon,3 cycle = 8 Amplicon,4 cycle = 16 Amplicon,5 cycle = 32 Amplicon,6 cycle = 64 Amplicon,7 cycle = 128 Amplicon,模板DNA特异性引物 耐热DNA聚合酶dNTPsMg2+,PCR体系基本组成成分,PCR的基本反应步骤,变性 95C,延伸 72C,退火 Tm-5C,PCR仪,PCR反应,PCR反应条件 PCR过程 PCR的特点,实验仪器,电泳仪,琼脂糖凝胶电泳槽,电泳技
3、术,（）鉴定DNA分子量,(3)胶回收纯化DNA,low- melt agarose,实验结果,PCR结果。1、对照(无模板)；26、PCR产物（5ul样品）,凝胶成像系统,PCR的类型,巢式PCR 原位PCR 多重PCR 定量PCR 不对称PCR 差异显示PCR 共享引物PCR 重组PCR 锚定PCR (十一)RT-PCR 彩色PCR (十二)RAPD - - - - - - - - - -,锚定PCR：使用一条锚定引物就一条特异性引物扩增已知一端序列的目的DNA。,增效PCR（booster PCR）当扩增少于1000拷贝的模板DNA时会遇到两个问题：一是形成引物二聚体，一是非特异扩增，消
4、耗了引物和酶，而特异扩增片段产量降低。对于这种情况，可设置二步PCR，先用较低浓度的引物进行初级PCR，此时由于引物少，形成引物二聚体的可能减少，但它并不影响靶序列的扩增，只是由于引物少产量不高。约经1520个循环后补充产物量，以初级PCR产物为模板进行扩增，靶序列的产量将相应增加。,在同一PCR体系中加入数对PCR引物，如果这些引物的退火温度相近，并且所覆盖的区域不重叠，这样的反应体系可同时扩增多个DNA片段。 多重PCR常用来检测同一基因的多个外显子的缺失。,多重PCR,巢式PCR：利用两套PCR引物对进行两轮PCR扩增反应组成，在第一轮扩增中，外引物用以产生扩增产物，此产物在在内引物的存
5、在下进行第二轮扩增。差别显示：是根据绝大多数真核细胞mRNA3端具有的多聚腺苷酸尾（polyA）结构，因此可用含oligo（dT）的寡聚核苷酸为引物将不同的mRNA反转录成cDNA。,不对称PCR目的：扩增产生特异长度的单链DNA。方法：采用两种不同浓度的引物。分别称为限制性引物和非限制性引物,其最佳比例一般是0.010.5M,关键是限制性引物的绝对量。 用途：制备核酸序列测定的模板制备杂交探针基因组DNA结构功能的研究,高浓度引物,低浓度引物,原位PCR技术,原位PCR,Hasse等于1990年建立。 是指在组织细胞里进行PCR反应，它结合了具有细胞定位能力的原位杂交和高度特异敏感的PCR技
6、术的优点。 原位PCR既能分辩鉴定带有靶序列的细胞，又能标出靶序列在细胞内的位置，分子水平和细胞水平研究并重。,原位PCR的实验过程： 实验用的标本是新鲜组织、石蜡包埋组织、脱落细胞、血细胞等。其基本方法为多聚甲醛固定组织或细胞，蛋白酶消化处理组织；在组织细胞玻片上滴加PCR反应液进行扩增，覆盖并加液体石蜡后，在原位PCR仪上进行PCR循环扩增，PCR扩增结束后用标记的探针进行原位杂交，最后显微镜观察结果。,16块载玻片及24个0.2ml管的样品block,反转录PCR技术,基因,mRNA,蛋白质多肽链,逆转录酶,聚合酶,mRNA,cDNA,杂化双链,PCR扩增,常规PCR方法的局限性分析：,
7、无法对起始模板准确定量,只能对终产物进行分析 必须在扩增后用电泳方法分析,费时费力而且EB有毒 无法对扩增反应实时检测,PCR Phases,Log DNA,Cycle #,Geometric,Linear,Plateau,y = x(1+e)n,Traditional PCR detection,y=x 2n,实时荧光定量PCR （real-time PCR）,非特异性的嵌入荧光染料 （Non-specific DNA binding dyes）,SYBR Green I SYBR Gold Ethidium Bromide,Extension,Extension Continued App
8、ly Excitation Wavelength,Repeat,DNA binding dyes,实时PCR技术原理,目 录,非特异性的嵌入荧光染料评价,优点：与特异性的荧光探针相比价格便宜只需要设计PCR引物缺点：由于它和模板的结合是非特异性的，它可以和所有的双链DNA包括引物和非特异性扩增产物结合，不能真实反映目 的基因的扩增情况。,TaqMan 探针 评价,优点： 荧光信号强与其它探针相比设计简单可用于多通道检测可用于SNP的检测缺点：比DNA结合染料价格高,Ct value and Real-Time Quantitative PCR Theory,Ct值 （Threshold Cyc
9、le）PCR扩增过程中，扩增产物荧光信号超过基线值（进入指数增长期）时的循环数。,模板起始浓度越高，Ct值越小Ct值与模板起始拷贝数的对数存在线性关系,Ct值与模板起始浓度的关系,如果模板浓度增加1倍，Ct值就提前1个循环到达如果模板浓度减少1倍，Ct值就滞后1个循环到达,绝对定量可以得到某个样本中基因的拷贝数和浓度,利用已知起始拷贝数的标准品可作出标准曲线，其中横坐标代表起始拷贝数的对数，纵坐标代表Ct值。因此，只要获得未知样品的Ct值，即可从标准曲线上计算出该样品的起始拷贝数。,“Real-Time PCR” is “sequence detection” in a closed-tube
10、,capPCR vesselthermal blocksample,Geometric Phase PCR Efficiency1,CT: Threshold cycle The calculated fractional cycle number at which the fluorescence passes the fixed threshold,实时荧光定量 PCR技术的应用,1. DNA 或 RNA 的绝对定量分析 。包括 病原微生物或病毒含量的检测 , 转基因动植物转基因拷贝数的检测， RNAi 基因失活率的检测等。2. 基因表达差异分析。例如比较 经过不同处理样本之间特定基因的表
11、达差异 ( 如药物处理、物理处理、化学处理等 ) ，特定基因在不同时相的表达差异以及 cDNA 芯片或差显结果的确证 3. 基因分型。例如 SNP 检测，甲基化检测等。,PCR技术应用,研究基因克隆，DNA测序，分析突变 ( 制备杂交探针)遗传图谱的构建，DNA测序，表达图谱诊断遗传疾病肿瘤感染性疾病，传染性流行病判断个体疾病易感性器官移植组织配型法医学中个体识别、亲子鉴定, 犯罪现场标本分析,PCR技术的主要用途1、目的基因的克隆：PCR技术为在重组DNA过程中获得目的基因片段提供了简便快速的方法。2、基因的体外突变：可以随意设计引物在体外对目的基因片段进行嵌和、缺失、点突变等改造。 3、D
12、NA序列测定：PCR技术的引入使DNA测序工作大大简化，也提高了测序的速度。 4、基因突变分析：利用PCR与一些技术的结合可以大大提高基因突变检测的敏感性。,5、DNA和RNA的微量分析：PCR技术高度敏感，对模板的含量要求很低，是DNA和NA微量分析的最好方法。诊断 肿瘤 感染性疾病，传染性流行病 判断个体疾病易感性 器官移植组织配型 法医学中个体识别、亲子鉴定, 犯罪现场标本分析,基因工程产品,Mst酶切位点(GCTNAGG),5,3,正常基因,突变基因,1.15kb,1.35kb,镰状红细胞贫血患者基因组的限制性酶切分析,0.2kb,1.15kb,1.35kb,正常人,突变携带着,患者,镰状红细胞贫血患者基因组的限制性酶切分析,PCR/单链构象多态性分析 (single strand conformation polymorphism, SSCP) PCR产物变性后，经聚丙烯酰胺凝胶电泳，正常基因和变异基因的迁移位置不同，借此可分析确定致病基因的存在。,PCR-SSCP过程：,- primer- 32P-dNTP掺入 PCR扩增产物 变性单链DNA中性聚丙烯酰胺凝胶电泳 1 2 3 4 5自显影 1.为正常结果分析 2、4、5纯合患者3.为杂合子.,解链,构像,DAN,原 理,过 程,
