聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)技術(shù)是在體外進(jìn)行的由引物介導(dǎo)的酶促DNA擴(kuò)增反應(yīng)。PCR的原理是在模板DNA、PCR引物、四種脫氧核糖核苷酸(dNTP)及適當(dāng)濃度的Mg2+存在的條件下,依賴于DNA聚合酶的體外酶促合成反應(yīng)。根據(jù)PCR使用說(shuō)明進(jìn)行試劑混合預(yù)配,并設(shè)置 PCR 循環(huán)。簡(jiǎn)而言之,PCR需要經(jīng)過(guò)以下循環(huán):
1. 初始化步驟
這僅對(duì)熱啟動(dòng) PCR 必不ke少。此步驟將溶液加熱至 94-98°C,以激活 DNA 聚合酶。該步驟的時(shí)間取決于所使用的聚合酶。
2. 變性步驟
DNA是雙鏈分子,DNA擴(kuò)增需要引物與單鏈DNA模板相互作用。在此步驟中,將反應(yīng)混合物加熱至 94-98°C 并保持 20-30 秒,以破壞兩條鏈之間的氫鍵并生成單鏈 DNA 分子。此時(shí)進(jìn)入 PCR 循環(huán)。
3. 退火步驟
變性后,反應(yīng)混合物中的 DNA 模板是單鏈的。由于引物與DNA模板互補(bǔ),當(dāng)反應(yīng)溫度降低到50-65℃時(shí),引物會(huì)與模板序列匹配,互補(bǔ)堿基之間形成氫鍵。退火溫度取決于所用引物的Tm,一般比引物Tm低3-5℃左右。該步驟將持續(xù)約 20-40 秒以wan全退火,然后聚合酶將定位到引物-模板雜交體以開(kāi)始 DNA 組裝。
4. 伸長(zhǎng)步驟
在此步驟中,DNA 聚合酶開(kāi)始合成 DNA,因此溫度應(yīng)為 DNA 聚合酶的最適溫度。一般選擇 72°C,但有些酶在 68°C 時(shí)效果更好。這一步與體內(nèi)DNA復(fù)制非常相似,DNA聚合酶將dNTPs添加到引物中,以5'到3'方向與模板互補(bǔ),最終產(chǎn)生新的雙鏈DNA片段。延伸時(shí)間取決于目標(biāo) DNA 片段的長(zhǎng)度和 DNA 聚合酶的能力。一般來(lái)說(shuō),DNA 聚合酶每 60 秒產(chǎn)生一千個(gè)堿基。
5. 2~4步稱為一個(gè)循環(huán),每循環(huán)一次,目標(biāo)片段量翻倍。一個(gè) PCR 過(guò)程使用 30-35 個(gè)循環(huán)。在 PCR 循環(huán)的早期,PCR 產(chǎn)物以指數(shù)速率積累,而在 PCR 循環(huán)的后期,隨著 dNTPs、引物的減少和 DNA 聚合酶在變性溫度下的失活,反應(yīng)減慢,PCR 速率逐漸下降。
6.最終伸長(zhǎng)率。30-35個(gè)循環(huán)結(jié)束后,在68-74℃的溫度下最終延伸約5-10分鐘,以充分延伸剩余的單鏈DNA。
7.貯存。最終產(chǎn)品可以在 PCR 機(jī)器中維持溫度在 4-10°C。