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普通PCR的操作步骤

更新时间:2023-07-28      浏览次数:560

一般的聚合酶链式反应由20到35个循环组成,每个循环包括以下3个步骤:

变性:利用高温(94℃~98℃)使双链DNA分离。高温将连接两条DNA链的氢键打断。在第一个循环之前,通常加热长一些时间以确保模板和引物 全分离,仅以单链形式存在。该步骤时间1~2分钟,接下来机器就控制温度进入循环阶段。

退火(又称复性、降温贴合、缓冷配对、引物黏合):在DNA双链分离后,降低温度使得引物可以结合于单链DNA上。此阶段的温度通常低于引物熔点5℃。错误的退火温度可能导致引物不与模板结合或者错误地结合。该步骤时间1~2分钟。新技术的融合型核酸聚合酶在此阶段的温度会高于熔点3~5℃,仅需时间5~10秒。

延伸:DNA聚合酶由降温时结合上的引物开始沿着DNA链合成互补链。此阶段的温度依赖于DNA聚合酶。该步骤时间依赖于聚合酶以及需要合成的DNA片段长度。传统的Taq估计合成1000 bp大概需要1分钟、较新的Tbr(来自于嗜热菌Thermus brockianus)约40秒、商业公司生产的融合型聚合酶仅需约10-15秒。有修正功能的则会比较慢。

3 PCR反应体系

表1 标准的PCR反应体系
组分用量
10×扩增缓冲液10μl
4种dNTP混合物200μl
引物10~100μl
模板DNA0.1~2μg
Taq DNA聚合酶2.5 μl
Mg2+1.5mmol/L
加双蒸水100 μl

4 PCR反应特点

4.1特异性强  
PCR反应的特异性决定因素为:
①引物与模板DNA特异正确的结合;
②碱基配对原则;
③Taq DNA聚合酶合成反应的忠实性;
④靶基因的特异性与保守性。
4.2 灵敏度高
PCR产物的生成量是以指数方式增加的,能将皮克(pg=10-12)量级的起始待测模板扩增到微克(μg=10-6)水平。能从100万个细胞中检出一个靶细胞;在病毒的检测中,PCR的灵敏度可达3个RFU(空斑形成单位);在细菌学中最小检出率为3个细菌。
4.3简便、快速
PCR反应用耐高温的Taq DNA聚合酶,一次性地将反应液加好后,经过变性-退火-延伸反应,一般在2~4 小时完成扩增反应。扩增产物一般用电泳分析,不一定要用同位素,无放射性污染、易推广。
4.4 对标本的纯度要求低
不需要分离病毒或细菌及培养细胞,DNA粗制品及RNA均可作为扩增模板。可直接用临床标本如血液、体腔液、洗嗽液、毛发、细胞、活组织等DNA扩增检测。

5 PCR常见问题

5.1假阴性,不出现扩增条带
PCR反应的关键环节有:
(1)模板核酸的制备
①模板中含有杂蛋白质;
②模板中含有Taq酶抑制剂;
③模板中蛋白质没有消 化除净,特别是染色体中的组蛋白;
④在提取制备模板时丢失过多,或吸入酚;
⑤模板核酸变性不 底。在酶和引物质量好时,不出现扩增带,极有可能是标本
的消化处理,模板核酸提取过程出了毛病,因而要配制有效而稳定的消化处理液,
其程序亦应固定不宜随意更改。
(2)引物的质量与特异性
引物质量、引物的浓度、两条引物的浓度是否对称,是PCR失败或扩增条
带不理想、容易弥散的常见原因。有些批号的引物合成质量有问题,两条引物一
条浓度高,一条浓度低,造成低效率的不对称扩增,对策为:
①选定一个好的引物合成单位。
②引物的浓度不仅要看OD值,更要注重引物原液做琼脂糖凝胶电泳,一定要有
引物条带出现,而且两引物带的亮度应大体一致,如一条引物有条带,一条引物
无条带,此时做PCR有可能失败,应和引物合成单位协商解决。如一条引物亮度
高,一条亮度低,在稀释引物时要平衡其浓度。
③引物应高浓度小量分装保存,防止多次冻融或长期放冰箱冷藏部分,导致引物
变质降解失效。
④引物设计不合理,如引物长度不够,引物之间形成二聚体等。
(3)酶的质量
            酶失活:需更换新酶,或新旧两种酶同时使用,以分析是否因酶的活性丧失或不够而导致假阴性。需注意的是有时忘加Taq酶或溴乙锭。
(4)Mg2+浓度
Mg2+离子浓度对PCR扩增效率影响很大,浓度过高可降低PCR扩增的特异
性,浓度过低则影响PCR扩增产量甚至使PCR扩增失败而不出扩增条带。
(5)反应体积的改变
通常进行PCR扩增采用的体积为20ul、30ul、50ul或100ul,应用多大体积
进行PCR扩增,是根据科研和临床检测不同目的而设定,在做小体积如20ul 后,
再做大体积时,一定要模索条件,否则容易失败。
(6)物理原因
变性对PCR扩增来说相当重要,如变性温度低,变性时间短,极有可能出现
假阴性;退火温度过低,可致非特异性扩增而降低特异性扩增效率退火温度过高
影响引物与模板的结合而降低PCR扩增效率。有时还有必要用标准的温度计,检
测一下扩增仪或水溶锅内的变性、退火和延伸温度,这也是PCR失败的原因之一。
(7)靶序列变异
如靶序列发生突变或缺失,影响引物与模板特异性结合,或因靶序列某段缺
失使引物与模板失去互补序列,其PCR扩增是不会成功的。
5.2 假阳性
      出现的PCR扩增条带与目的靶序列条带一致,有时其条带更整齐,亮度更高。
     (1)引物设计不合适
选择的扩增序列与非目的扩增序列有同源性,因而在进行PCR扩增时,
扩增出的PCR产物为非目的性的序列。靶序列太短或引物太短,容易出现假
阳性。需重新设计引物。
     (2)靶序列或扩增产物的交叉污染
这种污染有两种原因:一是整个基因组或大片段的交叉污染,导致假阳性。
这种假阳性可用以下方法解决:操作时应小心轻柔,防止将靶序列吸入加样枪
内或溅出离心管外。除酶及不能耐高温的物质外,所有试剂或器材均应高压消
毒。所用离心管及样进枪头等均应一次性使用。必要时,在加标本前,反应管
和试剂用紫外线照射,以破坏存在的核酸。二是空气中的小片段核酸污染,这
些小片段比靶序列短,但有一定的同源性。可互相拼接,与引物互补后,可扩

增出PCR产物,而导致假阳性的产生,可用巢式PCR方法来减轻或消除。

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5.3 出现非特异性扩增带
         非特异性条带的出现,其原因:一是引物与靶序列不完 互补、 或引物聚合形成二聚体。二是Mg2+离子浓度过高、退火温度过低,及PCR循环次数过多有关。其次是酶的质和量,往往一些来源的酶易出现非特异条带而另一来源的酶则不出现,酶量过多有时也会出现非特异性扩增。对策有:
①必要时重新设计引物;
②减低酶量或调换另一来源的酶;
③降低引物量,适当增加模板量,减少循环次数;
④适当提高退火温度或采用二温度点法(93℃变性,65℃左右退火与延伸)。
5.4出现片状拖带或涂抹带
         PCR扩增有时出现涂抹带或片状带或地毯样带。其原因往往由于酶量过多或酶的质量差,dNTP浓度过高,Mg2+浓度过高,退火温度过低,循环次数过多引起。对策为:
①减少酶量,或调换另一来源的酶。
②减少dNTP的浓度。适当降低Mg2+浓度。增加模板量,减少循环次数。



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