如何提高PCR扩增特异性—科研工具箱

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PCR的问题,无疑是绝大多数学生物的人都关心的问题,小编将相关内容整理出来,与大家交流讨论,希望对大家有所帮助。由于内容过多,分成了几个部分:引物设计、PCR成分、PCR反应参数、提高PCR扩增特异性、PCR污染、应对污染的对策

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引物设计
PCR成分
PCR反应参数
提高PCR扩增特异性
PCR污染与对策
1. 递减PCR(TouchDown PCR)
 

递减PCR通过在PCR的前几个循环使用严谨的退火条件提高特异性。循环设在比估算的Tm高大约5℃的退火温度下开始,然后每个循环降低1到2℃(当然,也可以每几个循环降1-2℃),直到退火温度低于Tm 5℃。特异性最高的目的模板会被优先扩增,这些产物在随后的循环中继续扩增占据优势。

2. 热启动
 

热启动PCR是除了好的引物设计之外,提高PCR特异性最重要的方法之一。尽管Taq DNA 聚合酶的最佳延伸温度在72℃,聚合酶在室温仍然有活性。因此,在进行PCR反应配制过程中,以及在热循环刚开始,保温温度低于退火温度时会产生非特异性的产物。这些非特异性产物一旦形成,就会被有效扩增。在用于引物设计的位点因为遗传元件的定位而受限时,如定点突变、表达克隆或用于DNA工程的遗传元件的构建和操作,热启动PCR尤为有效。并且,热启动在很大程度上防止引物二聚的发生。限制Taq DNA聚合酶活性的常用方法是在冰上配制PCR反应液,并将其置于预热的PCR仪。这种方法简单便宜,但并不能完成抑制酶的活性,因此并不能完全消除非特异性产物的扩增。热启动通过抑制一种基本成分延迟DNA合成,直到PCR 仪达到变性温度。包括延缓加入Taq DNA 聚合酶在内的大部分手工热启动方法十分烦琐,尤其是对高通量应用。其他的热启动方法使用蜡防护层将一种基本成分,入镁离子或酶,包裹起来,或者将反应成分,如模板和缓冲液,物理地隔离开。在热循环时,因蜡熔化而把各种成分释放出来并混合在一起。象手动热启动方法一样,蜡防护层法比较烦琐,易于污染,不适用于于高通量应用。

3. 促进PCR 的添加剂
 

退火温度,引物设计和镁离子浓度的优化足以对大多数模板进行高特异性的扩增,但是,某些模板,包括高GC含量的模板,需要其他的措施。影响DNA 熔解温度的添加剂提供了提高产物特异性和产量的另外一种方法。为获得最好的结果需要模板的完全变性。另外,二级结构会阻止引物结合和酶的延伸。PCR添加剂,包括甲酰胺,DMSO,甘油,甜菜碱以及PCRx Enhancer Solution可以增强扩增。它们可能的机理是降低熔解温度,从而有助于引物退火并辅助DNA聚合酶延伸通过二级结构区。PCRx Solution还有其他优点。在同PlatinumTaq DNA 聚合酶和Platinum Pfx DNA 聚合酶一起使用时,仅需很少的镁离子优化。这样,将Platinum技术同添加剂结合,增强了特异性,同时减少了第三种方法-镁离子优化的依赖。为获得最佳结果,应优化添加剂的浓度,尤其是会抑制Taq DNA聚合酶的DMSO,甲酰胺和甘油。

4. 巢式PCR
 

使用巢式引物进行连续多轮扩增可以提高特异性和灵敏度。第一轮是15到20个循环的标准扩增。将一小部分起始扩增产物稀释100到1000倍加入到第二轮扩增中进行15到20个循环。或者,也可以通过凝胶纯化将起始扩增产物进行大小选择。在第二轮扩增中使用一套巢式引物,其可以同第一套引物内侧的靶序列结合。巢式PCR的使用降低了扩增多个靶位点的可能性,因为同两套引物都互补的靶序列很少。而使用同样的引物对进行总数相同的循环(30到40)会扩增非特异性靶位点。巢式PCR可以增加有限量靶序列(如稀有mRNA)的灵敏度,并且提高了困难PCR(如5′ RACE)的特异性。

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