PCR反应体系由反应缓冲液(10×PCR Buffer)、脱氧核苷三磷酸底物(dNTPmix)、耐热DNA聚合酶(Taq酶)、寡聚核苷酸引物(Primer1,Primer2)、靶序列(DNA模板)五部分组成。各个组份都能影响PCR结果的好坏。
1. 反应缓冲液:
一般随Taq DNA聚合酶供应。标准缓冲液含:50mM KCl,10mM Tris-HCl(pH8.3室温),1.5mM MgCl2。Mg2+的浓度对反应的特异性及产量有着显著影响。浓度过高,使反应特异性降低;浓度过低,使产物减少。在各种单核苷酸浓度为200μM时,Mg2+为1.5mM较合适。若样品中含EDTA或其它螯合物,可适当增加Mg2+的浓度。在高浓度DNA及dNTP条件下进行反应时,也必须相应调节Mg2+的浓度。据经验,一般以1.5-2mM(终浓度)较好。
2. dNTP :
高浓度dNTP易产生错误掺入,过高则可能不扩增;但浓度过低,将降低反应产物的产量。PCR中常用终浓度为50-400μM的dNTP。四种脱氧三磷酸核苷酸的浓度应相同,如果其中任何一种的浓度明显不同于其它几种时(偏高或偏低),就会诱发聚合酶的错误掺入作用,降低合成速度,过早终止延伸反应。此外,dNTP能与Mg2+结合,使游离的Mg2+浓度降低。因此,dNTP的浓度直接影响到反应中起重要作用的Mg2+浓度。
3. Taq DNA聚合酶酶:
在100μl反应体系中,一般加入2-4U的酶量,足以达到每min延伸1000-4000个核苷酸的掺入速度。酶量过多将导致产生非特异性产物。但是,不同的公司或不同批次的产品常有很大的差异,由于酶的浓度对PCR反应影响极大,因此应当作预试验或使用厂家推荐的浓度。当降低反应体积时(如20μl或50μl),一般酶的用量仍不小于2U,否则反应效率将降低。
4. 引物:
引物是决定 PCR 结果的关键,引物设计在 PCR 反应中极为重要。要保证 PCR反应能准确、特异、有效地对模板 DNA 进行扩增,通常引物设计要遵循以下几条原则:
⑴ 引物的长度以 15-30bp 为宜,一般(G+C)的含量在 45-55%,Tm 值高于 55℃[Tm=4(G+C)+2(A+T)]。应尽量避免数个嘌呤或嘧啶的连续排列,碱基的分布应表现是随机的。
⑵ 引物的 3’端不应与引物内部有互补,避免引物内部形成二级结构,两个引物在 3’端不应出现同源性,以免形成引物二聚体。3’端末位碱基在很大程度上影响着 Taq 酶的延伸效率。两条引物间配对碱基数少于 5 个,引物自身配对若形成茎环结构,茎的碱基对数不能超过 3 个由于影响引物设计的因素比较多,现常常利用计算机辅助设计。
⑶ 人工合成的寡聚核苷酸引物需经 PAGE 或离子交换 HPLC 进行纯化。
⑷ 引物浓度不宜偏高,浓度过高有两个弊端:一是容易形成引物二聚体(primer-dimer),二是当扩增微量靶序列并且起始材料又比较粗时,容易产生非特异性产物。一般说来,用低浓度引物不仅经济,而且反应特异性也较好。一般用 0.25-0.5pM/μl 较好。
⑸ 引物一般用 TE 配制成较高浓度的母液(约 100μM),保存于-20℃。使用前取出其中
一部分用 ddH2O 配制成 10μM 或 20μM 的工作液。
5. 模板:
PCR对模板的要求不高,单、双链DNA均可作为PCR的样品。虽然PCR可以用极微量的样品(甚至是来自单一细胞的DNA)作为摸板,但为了保证反应的特异性,一般还宜用μg水平的基因组DNA或104拷贝的待扩增片段作为起始材料。原材料可以是粗制品,某些材料甚至仅需用溶剂一步提取之后即可用于扩增,但混有任何蛋白酶、核酸酶、Taq DNA聚合酶抑制剂以及能结合DNA的蛋白,将可能干扰PCR反应。
6. PCR循环
加快,即相对减少变性、复性、延伸的时间,可增加产物的特异性。
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