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聚合酶鏈式反應(PCR)是一種用于放大擴增特定的DNA片段的分子生物學技術(shù),它可看作是生物體外的特殊DNA復制,PCR的最大特點是能將微量的DNA大幅增加。PCR技術(shù)的基本原理類似于DNA的天然復制過程,其特異性依賴于與靶序列兩端互補的寡核苷酸引物。PCR反應常見問題分述如下:
1.假陰性,不出現(xiàn)擴增條帶
PCR反應的關(guān)鍵環(huán)節(jié)有①模板核酸的制備,②引物的質(zhì)量與特異性,③酶的質(zhì)量, ④PCR循環(huán)條件。尋找原因亦應針對上述環(huán)節(jié)進行分析研究。
模板:
①模板中含有雜蛋白質(zhì),
②模板中含有Taq酶抑制劑,
③模板中蛋白質(zhì)沒有消化除凈,特別是染色體中的組蛋白,
④在提取制備模板時丟失過多,或吸入酚。
⑤模板核酸變性不徹di。在酶和引物質(zhì)量好時,不出現(xiàn)擴增帶,極有可能是標本的消化處理,模板核酸提取過程出了毛病,因而要配制有效而穩(wěn)定的消化處理液,其程序亦應固定不宜隨意更改。
酶失活:需更換新酶,或新舊兩種酶同時使用,以分析是否因為酶的活性喪失或不夠而導致假陰性。需注意的是有時PCR時忘了加Taq酶或電泳時忘了加溴化乙錠。
引物:引物質(zhì)量、引物的濃度、兩條引物的濃度是否對稱,是PCR失敗或擴增條帶不理想、容易彌散的常見原因。有些批號的引物合成質(zhì)量有問題,兩條引物一條濃度高,一條濃度低,造成低效率的不對稱擴增,對策為:
①選定一個好的引物合成單位。
②引物的濃度不僅要看OD值,更要注重引物原液做瓊脂糖凝膠電泳,一定要有引物條帶出現(xiàn),而且兩引物帶的亮度應大體一致,如一條引物有條帶,一條引物無條帶,此時做PCR有可能失敗,應和引物合成單位協(xié)商解決。如一條引物亮度高,一條亮度低,在稀釋引物時要平衡其濃度。
③引物使用過程中應高濃度小量分裝保存,防止多次凍融或長期放冰箱冷藏部分,導致引物變質(zhì)降解失效。
④引物設(shè)計不合理,如引物長度不夠,引物之間形成二聚體等。
Mg2+濃度:Mg2+離子濃度對PCR擴增效率影響很大,濃度過高可降低PCR擴增的特異性,濃度過低則影響PCR擴增產(chǎn)量甚至使PCR擴增失敗而不出擴增條帶。
反應體積的改變:通常進行PCR擴增采用的體積為20μl、30μl、50μl或100μl,應用多大體積進行PCR擴增,是根據(jù)科研和臨床檢測不同目的而設(shè)定,在做小體積如20μl后,再做大體積時,一定要重新摸索條件,否則容易失敗。
物理原因:溫度對PCR擴增來說相當重要。如果變性溫度低,變性時間短,極有可能出現(xiàn)假陰性;退火溫度過低,可導致非特異性擴增而降低特異性擴增效率;退火溫度過高,影響引物與模板的結(jié)合而降低PCR擴增效率。有時還有必要用標準的溫度計,檢測一下PCR儀或水浴鍋內(nèi)的變性、退火和延伸溫度,這也是PCR失敗的原因之一。
靶序列變異:如靶序列發(fā)生突變或缺失,影響引物與模板特異性結(jié)合,或因靶序列某段缺失使引物與模板失去互補序列,其PCR擴增是不會成功的。
2.假陽性
引物設(shè)計不合適:選擇的擴增序列與非目的擴增序列有同源性,因而在進行PCR擴增時,擴增出的PCR產(chǎn)物為非目的性的序列。靶序列太短或引物太短,容易出現(xiàn)假陽性。需重新設(shè)計引物。
靶序列或擴增產(chǎn)物的交叉污染:這種污染有兩種原因:一是整個基因組或大片段的交叉污染,導致假陽性。這種假陽性可用以下方法解決:
①操作時應小心輕柔,防止將靶序列吸入加樣器內(nèi)或濺出離心管外。
②除了酶及其他不耐高溫的物質(zhì)外,所有試劑或器材均應高壓消毒。所用離心管及進樣槍頭均應一次性使用。
③必要時,在加標本前,反應管和試劑用紫外線照射,以破壞存在的核酸。二是空氣中的小片段核酸污染,這些小片段比靶序列短,但有一定的同源性??苫ハ嗥唇樱c引物互補后,可擴增出PCR產(chǎn)物,而導致假陽性的產(chǎn)生,可用巢式PCR方法來減輕或消除。
3.出現(xiàn)非特異性擴增帶
PCR擴增后出現(xiàn)的條帶與預計的大小不一致,或大或小,或者同時出現(xiàn)特異性擴增帶 與非特異性擴增帶。非特異性條帶的出現(xiàn),其原因:一是引物與靶序列不wan全互補、或引物聚合形成二聚體。二是Mg2+離子濃度過高、退火溫度過低,及PCR循環(huán)次數(shù)過多有關(guān)。其次,是酶的質(zhì)和量,往往一些來源的酶易出現(xiàn)非特異條帶而另一來源的酶則不出現(xiàn),酶的量過多有時也會出現(xiàn)非特異性擴增。其對策有:
①必要時,重新設(shè)計引物。
②減低酶的量或調(diào)換另一來源的酶。
③降低引物量,適當增加模板量,減少循環(huán)次數(shù)。
④適當提高退火溫度或采用二溫度點法(93℃變性,65℃左右退火與延伸,也叫兩步法)。
4.出現(xiàn)片狀拖帶或涂抹帶
PCR擴增有時出現(xiàn)涂抹帶或片狀帶或地毯樣帶。其原因往往由于酶的量過大或酶的質(zhì)量差,dNTP濃度過高,Mg2+濃度過高,退火溫度過低,循環(huán)次數(shù)過多引起。其對策有:
①減少酶的量,或調(diào)換另一來源的酶。
②減少dNTP的濃度。
③適當降低Mg2+濃 度。
④增加模板量,減少循環(huán)次數(shù)