PCR的基礎原理及反應成分

PCR的基礎原理

一章 PCR和RT-PCR基礎

PCR基礎

聚合酶鏈式反應（PCR）過程利用模板變性，引物退火和引物延長的多個循環來擴增DNA序列。這是一個指數增長的過程，因為上一輪的擴增產物又作為下一輪擴增的模板，使其成為檢測核酸的一種非常靈敏的技術。一般，經過20-30個循環得到的擴增產物就足夠在溴化乙錠染色的凝膠上觀察到。反應包括幾個成分（表1）。模板可以為純化的基因組或質粒DNA；由RNA轉化得到的cDNA；或未經純化的粗制生物樣品，如細菌克隆或噬菌斑。引物確定了擴增產物的序列和長度。常用的熱穩定聚合酶是Taq DNA聚合酶。這種酶適用于常規擴增，但是使用其他熱穩定聚合酶會改善結果。擴增反應還包括緩沖液，三磷酸脫氧核苷及鎂離子。鎂離子濃度影響酶的活性、引物退火、模板和PCR產物的熔點（Tm），忠實性以及引物二聚體的形成等。在隨后的章節中將討論這些成分、循環參數以及其他參與作用的因子相互間各種作用對于成功PCR的影響。

表1. 反應成分

Component Final Concentration

Template 10^4-10^6 copies of DNA template

Primer 1 0.1-0.5µM

Primer 2 0.1-0.5µM

10X Reaction buffer 1X

Magnesium 1.0-3.0mM

dNTP mix 200 mM each dNTP

Thermostable DNA polymerase 1-4 units/100 ml reaction

RT-PCR基礎

RT-PCR將以RNA為模板的cDNA合成同PCR結合在一起，提供了一種分析基因表達的快速靈敏的方法。RT-PCR用于對表達信息進行檢測或定量。另外，這項技術還可以用來檢測基因表達差異或不必構建cDNA文庫克隆cDNA。RT-PCR比其他包括Northern印跡、RNase保護分析、原位雜交及S1核酸酶分析在內的RNA分析技術，更靈敏，更易于操作。 RT-PCR的模板可以為總RNA或poly(A)+選擇性RNA。逆轉錄反應可以使用逆轉錄酶，以隨機引物、oligo(dT)或基因特異性的引物（GSP）起始。RT-PCR可以一步法或兩步法的形式進行。在兩步法RT-PCR中，每一步都在條件下進行。cDNA的合成首先在逆轉錄緩沖液中進行，然后取出1/10的反應產物進行PCR。在一步法RT-PCR中，逆轉錄和PCR在同時為逆轉錄和PCR優化的條件下，在一只管中順次進行。

PCR的基礎原理

圖1. RT-PCR概圖

這本指南闡述了成功RT-PCR和PCR的關鍵。高靈敏性（從小量樣品中得到足量結果）和高特異性（選擇性地僅得到所需的產物）是成功PCR的標志。可以通過仔細的實驗設計（如選擇恰當的酶，設計理想的引物，使用不同的緩沖液和添加劑，確定循環參數及制備高質量的模板等）以獲得的RT-PCR和PCR。

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