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绿色萤光蛋白(green fluoresce nt protei n),简称GFP,这种蛋白质最早是由下村修等人在1962年在一种学名Aequorea victoria的水母中发现。其基因所产生的蛋白质,在蓝 色波长范围的光线激发下,会发出绿色萤光。这个发光的过程中还需要冷光蛋白质Aequorin的帮助,且这个冷光蛋白质与钙离子(Ca2+)可产生交互作用。由水母Aequorea victoria中发现的野生型绿色萤光蛋白,395nm和475nm 分别是最大和次大的激发波长,它的发射波长的峰点是在509nm,在可见光绿光的范围下是较弱的位置。由海肾 (sea pansy) 所得的绿色萤光蛋白,仅有在 498nm 有一 个较高的激发峰点。在细胞生物学与分子生物学领域中,绿色萤光蛋白基因常被用作为一个报导 基因(reportergene)。一些经修饰过的型式可作为生物探针,绿色萤光蛋白基因也可 以克隆到脊椎动物(例如:兔子上进行表现,并拿来映证某种假设的实验方法。2008年10月8日,日本科学家下村修(伍兹霍尔海洋生物学研究所)、美 国科学家马丁 杳尔菲(哥伦比亚大学)和钱永健(加利福尼亚大学圣迭戈分校)因为发现和改造绿色荧光蛋白而获得了当年(2008 )的诺贝尔化学奖。GFP 的性质GFP 荧光极其稳定,在激发光照射下, GFP 抗光漂白 (Photobleaching)能力比荧光素(fluorescein)强,特别在 450 490nm 蓝光波长下更稳定。GFP需要在氧化状态下产生荧光,强还原剂能使GFP转变为非荧光形式,但一旦重新暴露在空气或氧气中,GFP荧光 便立即得到恢复。而一些弱还原剂并不影响 GFP 荧光。中度氧化剂对 GFP 荧光影响 也不大,如生物材料的固定、脱水剂戊二酸或甲醛等。GFP 融合蛋白的荧光灵敏度远比荧光素标记的荧光抗体高,抗光漂白能力强,因此更适用于定量测定与分析。 但因为 GFP 不是酶,荧光信号没有酶学放大效果 因此 GFP 灵敏度可能低于某些酶类报告蛋白。由于 GFP 荧光是生物细胞的自主功能,荧光的产生不需要任何外源反应底 物,因此 GFP 作为一种广泛应用的活体报告蛋白,其作用是任何其它酶类报告蛋白 无法比拟的。GFP 在肿瘤发病机制研究中的应用GFP 是一个分子量较小的蛋白,易与其他一些目的基因形成融合蛋白且不 影响自身的目的基因产物的空间构象和功能。 GFP 与目的基因融合,将目的基因标 记为绿色,即可定量分析目的基因的表达水平,显示其在肿瘤细胞内的表达位置和量 的变化,为探讨该基因在肿瘤发生、发展中的作用及其分子机制提供便利条件。在肿瘤的形成过程中,增殖和凋亡是一对相互矛盾的统一体。若肿瘤细胞凋 亡占优势,肿瘤组织将长期处于休眠状态或自行消亡。肿瘤细胞的凋亡受凋亡相关基 因调控。用 GFP 转染肿瘤细胞凋亡相关基因,并与正常组织进行比较,则大致可判 断此基因为抑制肿瘤细胞凋亡的基因;反之,为促进肿瘤细胞凋亡的基因。肿瘤细胞浸润是肿瘤细胞粘连、酶降解、移动和基质内增殖等一系列过程的 表现,其根本原因在于肿瘤细胞内某些基因表达异常。利用 GFP 的示踪特性,研究 肿瘤细胞内某些基因异常表达与肿瘤细胞浸润的关系, 即可揭示肿瘤细胞浸润的某些 机制。发现过程1994年,华裔美国科学家钱永健(Roger Y Tsien )开始改造GFP,有多项 发现。世界上用的大多数是钱永健实验室改造后的变种,有的荧光更强,有的黄色、 蓝色,有的可激活、可变色。到一些不常用做研究模式的生物体内找有颜色的蛋白成 为一些人的爱好,现象正如当年在嗜热生物中找到以后应用广泛的 PCR 用多聚酶后 的一波浪潮。不过真发现的有用东西并不很多。成功的例子有俄国科学院生物有机化 学研究所Sergey A. Lukyanov实验室从珊瑚里发现其他荧光蛋白,包括红色荧光蛋 白。生物发光现象,下村修和约翰森以前就有人研究。萤火虫发荧光,是由荧光 酶(luciferase )作为酶催化底物分子荧光素(luciferin ),有化学反应如氧化,以后 产生荧光。而蛋白质本身发光,无需底物,起源是下村修和约翰森的研究。下村修和约翰森用过几种实验动物,和本故事相关的是学名为Aequoreavictoria 的水母。 1962 年,下村修和约翰森等在细胞和比较生理学杂志上报道, 他们分离纯化了水母中发光蛋白水母素。据说下村修用水母提取发光蛋白时,有天下 班要回家了, 他把产物倒进水池里, 临出门前关灯后, 依依不舍地回头看了一眼水池, 结果见水池闪闪发光。因为水池也接受养鱼缸的水,他怀疑是鱼缸成分影响水母素, 不久他就确定钙离子增强水母素发光。 1963 年,他们在科学杂志报道钙和水母 素发光的关系。其后 Ridgway 和 Ashley 提出可以用水母素来检测钙浓度,创造了检 测钙的新方法。钙离子是生物体内的重要信号分子,水母素成为第一个有空间分辨能 力的钙检测方法,是目前仍用的方法之一。1955 年 Davenport 和 Nicol 发现水母可以发绿光, 但不知其因。 在 1962 年 下村修和约翰森在那篇纯化水母素的文章中,有个注脚,说还发现了另一种蛋白,它 在阳光下呈绿色、钨丝下呈黄色、紫外光下发强烈绿色。其后他们仔细研究了其发光 特性。 1974 年,他们纯化到了这个蛋白, 当时称绿色蛋白、 以后称绿色荧光蛋白 GFP Morin 和 Hastings 提出水母素和 GFP 之间可以发生能量转移。水母素在钙刺激下发 光,其能量可转移到GFP,刺激GFP发光。这是物理化学中知道的荧光共振能量转 移(FRET)在生物中的发现。下村修本人对 GFP 的应用前景不感兴趣,也没有意识到应用的重要性。他 离开普林斯顿到 Woods Hole 海洋研究所后,同事普腊石 (Douglas Prasher) 非常感 兴趣发明生物示踪分子。 1985 年普腊石和日裔科学家 Satoshi Inouye 独立根据蛋白 质顺序拿到了水母素的基因(准确地说是 cDNA)。 1992 年,普腊石拿到了 GFP 的 基因。有了 cDNA,般生物学研究者就很好应用,比用蛋白质方便多了。普腊石 1992 年发表 GFP 的 cDNA 后,不做科学研究了。他申请美国国家 科学基金时,评审者说没有蛋白质发光的先例,就是他找到了,也没什么价值。一气 之下,他离开学术界去麻省空军国民卫队基地,给农业部动植物服务部工作。当时他 如果花几美元,就可以做一个一般研究生都能做,但是非常漂亮的工作:将水母的 GFP 基因放到其他生物体内,比如细菌里,看到荧光,就完全证明 GFP 本身可以发 光,无需其它底物或者辅助分子。将 GFP 表达到其它生物体这项工作, 1994 年由两个实验室独立进行:美国 哥伦比亚大学做线虫的 Marty Chalfie 实验室,和加州大学圣迭哥分校、 Scripps 海洋 研究所的两位日裔科学家 Inouye 和 Tsuji。水母素和 GFP 都有重要的应用。但水母素仍是荧光酶的一种,它需要荧光素。而 GFP 蛋白质本身发光,在原理上有重大突破。Chalfie 的文章立即引起轰动,很多生物学研究者纷纷将 GFP 引入自己的系 统。在一个新系统表达 GFP 就能在自然、科学上发表文章,其实不过是跟 风性质,没有原创性。纵观整个过程,从 1961 年到 1974 年,下村修和约翰森的研究遥遥领先, 而很少人注意。如果其他生化学家愿意,他们也可以得到水母素和GFP ,技术并不特别难。在 1974 年以后,特别是八十年代后,后继的工作,很多研究生都很容易做。 其中例外是钱永健实验室发现变种出现新颜色,并非显而易见。绿色荧光蛋白的应用1、骨架和细胞分裂架Kevin Sullivans 实验室 酵母菌内 SPB 和微管动力学 酵母菌中肌动蛋白的动力 果蝇中 MEI-S332 蛋白 果蝇有丝分裂和 mRNA 运输 网丙菌属细胞骨 RNA 剪切因子的核内运输网丙菌属的趋化作用 网丙菌属中细胞骨架动力和细胞运动 核动力网丙菌属中细胞动力 细胞骨架动力和胞内运输2、细胞器动力学和泡囊运输 用 GFP 显示小囊运输 用 GFP 观察 TGN 运输 细胞骨架动力学和胞内运输3、发育生物学 用 GFP 观察线虫的神经发育 分析果蝇神经发育的不对称性细胞分裂 线虫 Lin-14 Fischbach lab用 GFP 观察网丙菌属的形态发生学GFP 在小鼠发育中的标记方法4、神经生物学神经极性发育tracking intracellular transport of peptide neurotransmitters using GFP Allen LabEnhancer trapping using tau-GFP as reporter localized to axons5、其他应用Cell surface organization in Natural Killer cells Dan Davis localization of calmodulin in S. pombe with GFP GFP-plakoglobin and expression plasmids Klymkowsky lab Molecular Motion Laboratory Yale UniversityMeasuring diacylglycerol in vivo with a GFP-PKC chimera Tobias MeyerBentley Lab using GFP for on-line bioprocess monitoring & controlTracking viral proteins with GFP fusions6、 GFP vectors and technologyClontech Inc.Supplier of constructs for making GFP fusionsDeltaVision 3D microscopy platform optimized for imaging GFP in living cells in real timeGFP Expression Truly Amazing Web Site about GFP technologyUniversal Imaging Corp. makers of the MetaGFP image processing platformQuantum Biotechnologies IncSuppliers of GFP and BFP constructsGFP in ArabidopsisBabCo/Covance antibody to GFPLightools GFP plate illumination systemsGFP in Chlamydomonas7、 Other Interesting GFP LinksGFP Resources for TeachersPicture of Aequoria victoria, source of GFPStructure of green fluorescent proteinFull text of Yang et al Nature Structural Bio paperTable of GFP mutant formsOptics in Cell Biology来自海洋的礼物 绿色荧光蛋白在 2008 年的诺贝尔化学奖上,绿色荧光蛋白成了主角。诺贝尔奖委员会将化学奖授予美籍日裔科学家下村修、美国科学家马丁沙尔菲和美籍华裔科学家钱永健三人,以表彰他们发现和发展了绿色荧光蛋白质技术。在诺贝尔奖新闻发布会的现 场,发言人取出一支试管,置于蓝光灯之下,只见这支试管中的物质发出了绿色荧 光什么是绿色荧光蛋白? 绿色荧光蛋白分子的形状呈圆柱形,就像一个桶,负责发光的基团位于桶中 央,因此,绿色荧光蛋白可形象地比喻成一个装有色素的 “油漆桶 ”。装在 “桶”中的发 光基团对蓝色光照特别敏感。当它受到蓝光照射时,会吸收蓝光的部分能量,然后发 射出绿色的荧光。利用这一性质,生物学家们可以用绿色荧光蛋白来标记几乎任何生 物分子或细胞,然后在蓝光照射下进行显微镜观察。原本黑暗或透明的视场马上变得 星光点点 那是被标记了的活动目标。对生物活体样本的实时观察,在绿色荧光蛋 白被发现和应用以前,是根本不可想象的。而这种彻底改变了生物学研究的蛋白质, 最初是从一种广泛生活于太平洋海域的发光水母体内分离得到的。在大自然中,具有发光能力的生物有不少,萤火虫是陆地上最为我们所熟悉 的发光生物,我国古代还有 “捕萤数百入囊内照明夜读 ”的佳话。在海洋里,某些水母、 珊瑚和深海鱼类也有发光的能力。 特别是有的肉食性鱼类专门靠一条闪着荧光的触角 来把其他小鱼吸引到自己的嘴边,海底总动员里就有这种鱼。事实上,大多数发 光动物能发光是靠两种物质 荧光素和荧光素酶 合作产生的结果。不同发光生物的荧光素和荧光素酶结构是不一样的。因此,这些生物的发光本领只能是它们自己 的“专利”。20 世纪 60 年代,一位日本科学家从美国西岸打捞了大量发光水母,带回位 于华盛顿州的实验室进行研究。这些水母在受到外界的惊扰时会发出绿色的荧光,这 位科学家希望找到这种水母的荧光素酶。 然而,经过长期的重复努力, 居然毫无收获。 他大胆地假设,这种学名叫 Aequorea victoria 的水母能发光也许并不是常规的荧光 素荧光素酶原理。他想,可能存在有另一种能产生荧光的蛋白。此后,他进行了更 多的实验,终于搞清楚了这种水母的特殊发光原理。原来,在这种水母的体内有一种 叫水母素的物质,在与钙离子结合时会发出蓝光,而这道蓝光未经人所见就已被一种 蛋白质吸收,改发绿色的荧光。这种捕获蓝光并发出绿光的蛋白质,就是绿色荧光蛋 白。这位日本科学家也因为这项发现,获得了刚刚颁发的诺贝尔化学奖,他就是日本 科学家下村修。绿色荧光蛋白有什么用呢? 绿色荧光蛋的发光机理比荧光素荧光素酶要简单得多。 一种荧光素酶只能 与相对应的一种荧光素合作来发光,而绿色荧光蛋白并不需要与其他物质合作,只需 要用蓝光照射,就能自己发光。在生物学研究中, 科学家们常常利用这种能自己发光的荧光分子来作为生物 体的标记。将这种荧光分子通过化学方法挂在其他不可见的分子上,原来不可见的部 分就变得可见了。生物学家一直利用这种标记方法,把原本透明的细胞或细胞器从黑 暗的显微镜视场中 “纠出来 ”。传统的荧光分子在发光的同时,会产生具有毒性的氧自由基,导致被观察的 细胞死亡,这叫做 “光毒性 ”,因此,在绿色荧光蛋白发现以前,科学家们只能通过荧 光标记来研究死亡细胞静态结构,而绿色荧光蛋白的光毒性非常弱,非常适合用于标 记活细胞。然而,绿色荧光蛋白被发现 20 多年后,才有人将其应用在生物样品标记上。 1993年,马丁沙尔菲成功地通过基因重组的方法使得除水母以外的其他生物(如大肠 杆菌等 )也能产生绿色荧光蛋白,这不仅证实了绿色荧光蛋白与活体生物的相容性, 还建立了利用绿色荧光蛋白研究基因表达的基本方法, 而许多现代重大疾病都与基因 表达的异常有关。至此,生物医学研究的一场 “绿色革命 ”揭开了序幕。后来,美籍华人钱永健系统地研究了绿色荧光蛋白的工作原理,并对它进行 了大刀阔斧的化学改造,不但大大增强了它的发光效率,还发展出了红色、蓝色、黄 色荧光蛋白,使得荧光蛋白真正成为了一个琳琅满目的工具箱,供生物学家们选用。 目前生物实验室普遍使用的荧光蛋白,大部分是钱永健改造的变种。有了这些荧光蛋白,科学家们就好像在细胞内装上了 “摄像头”,得以实时监 测各种病毒 “为非作歹 ”的过程。通过沙尔菲的基因克隆思路,科学家们还培育出了荧 光老鼠和荧光猪,由于沙尔菲与钱永健的突出贡献,他们与绿色荧光蛋白的发现者下 村修共享了今年的诺贝尔化学奖。瑞典皇家科学院将绿色荧光蛋白的发现和改造与显微镜的发明相提并论, 成为当 代生物科学研究中最重要的工具之一。PCR 技术1.PCR 技术基本原理PCR 技术的基本原理 类似于 DNA 的天然复制过程, 其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物。PCR由变性-退火-延伸三个基本反应步骤构成:模板 DNA的变性:模板DNA经加热 至93C左右一定时间后,使模板 DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离,使之成为单链, 以便它与引物结合,为下轮反应作准备;模板 DNA与引物的退火(复性):模板DNA经加热变性 成单链后,温度降至55C左右,引物与模板DNA单链的互补序列配对结合;引物的延伸: DNA 模板-引物结合物在 TaqDNA 聚合酶的作用下,以 dNTP 为反应原料,靶序列为模板,按碱基配 对与半保留复制原理,合成一条新的与模板 DNA 链互补的半保留复制链重复循环变性 -退火-延 伸三过程,就可获得更多的 “半保留复制链 ”,而且这种新链又可成为下次循环的模板。每完成一个 循环需24分钟,23小时就能将待扩目的基蚶丁龇糯蠹赴偻虮丁 5酱锲教夕?Plateau)所需循环次数取决于样品中模板的拷贝。PCR 的反应动力学 PCR 的三个反应步骤反复进行,使 DNA 扩增量呈指数上升。反应最终的 DNA扩增量可用Y = (1 + X)n计算。Y代表DNA片段扩增后的拷贝数,X表示平(Y)均每次的扩 增效率, n 代表循环次数。平均扩增效率的理论值为 100%,但在实际反应中平均效率达不到理论 值。反应初期,靶序列 DNA 片段的增加呈指数形式,随着 PCR 产物的逐渐积累,被扩增的 DNA 片段不再呈指数增加, 而进入线性增长期或静止期, 即出现 “停滞效应 ”,这种效应称平台期数、 PCR 扩增效率及 DNA 聚合酶 PCR 的种类和活性及非特异性产物的竟争等因素。大多数情况下,平台 期的到来是不可避免的。PCR 扩增产物 可分为长产物片段和短产物片段两部分。 短产物片段的长度严格地限定在两个引 物链 5端之间,是需要扩增的特定片段。短产物片段和长产物片段是由于引 物所结合的模板不一 样而形成的,以一个原始模板为例,在第一个反应周期中,以两条互补的 DNA 为模板,引物是从 3端开始延伸,其 5端是固定的, 3端则没有固定的止点,长短不一,这就是 “长产物片段 ”。进入 第二周期后,引物除与原始模板结合外,还要同新合成的链(即“长产物片段 ”)结合。引物在与新链结合时,由于新链模板的 5端序列是固定的,这就等于这次延伸的片段3端被固定了止点,保证了新片段的起点和止点都限定于引物扩增序列以内、形成长短一致的“短产物片段 ”。不难看出 “短产物片段 ”是按指数倍数增加,而 “长产物片段 ”则以算术倍数增加,几乎可以忽略不计,这使得PCR 的反应产物不需要再纯化,就能保证足够纯 DNA 片段供分析与检测用。2.PCR 反应体系与反应条件 标准的 PCR 反应体系:10x扩增缓冲液10ul4 种 dNTP 混合物引物模板 DNATaq DNA 聚合酶Mg2+加双或三蒸水至各 200umol/L 各 10100pmol0.1 2ug2.5u1.5mmol/L100ulPCR反应五要素: 参加PCR反应的物质主要有五种即引物、酶、dNTP、模板和Mg2+引物: 引物是 PCR 特异性反应的关键, PCR 产物的特异性取决于引物与模板 DNA 互补的 程度。理论上,只要知道任何一段模板 DNA 序列,就能按其设计互补的寡核苷酸链做引物,利用PCR 就可将模板 DNA 在体外大量扩增。 设计引物应遵循以下原则: 引物长度:15-30bp ,常用为 20bp 左右。 引物扩增跨度:以 200-500bp 为宜,特定条件下可扩增长至 10kb 的片段。引物碱基: G+C 含量以 40-60% 为宜, G+C 太少扩增效果不佳, G+C 过多易出现非特异条 带。 ATGC 最好随机分布,避免 5 个以上的嘌呤或嘧啶核苷酸的成串排列。 避免引物内部出现二级结构,避免两条引物间互补,特别是3端的互补,否则会形成引物二聚体,产生非特异的扩增条带。 引物 3端的碱基,特别是最末及倒数第二个碱基,应严格要求配对,以避免因末端碱基不 配对而导致 PCR 失败。 引物中有或能加上合适的酶切位点,被扩增的靶序列最好有适宜的酶切位点,这对酶切分 析或分子克隆很有好处。 引物的特异性:引物应与核酸序列数据库的其它序列无明显同源性。引物量: 每条引物的浓度0.1lumol或10100pmol,以最低引物量产生所需要的结果为 好,引物浓度偏高会引起错配和非特异性扩增,且可增加引物之间形成二聚体的机会。酶及其浓度 目前有两种 Taq DNA 聚合酶供应, 一种是从栖热水生杆菌中提纯的天然酶, 另一种为大肠菌合成的基因工程酶。催化一典型的PCR反应约需酶量2.5U(指总反应体积为100ul 时),浓度过高可引起非特异性扩增,浓度过低则合成产物量减少。dNTP 的质量与浓度 dNTP 的质量与浓度和 PCR 扩增效率有密切关系, dNTP 粉呈颗粒状, 如保存不当易变性失去生物学活性。 dNTP 溶液呈酸性,使用时应配成高浓度后,以 1M NaOH 或 1M Tris HCL的缓冲液将其PH调节到7.07.5,小量分装,-20 C冰冻保存。多次冻融会使dNTP 降解。在PCR反应中,dNTP应为50200umol/L,尤其是注意4种dNTP的浓度要相等(等摩 尔配制 ),如其中任何一种浓度不同于其它几种时(偏高或偏低 ),就会引起错配。浓度过低又会降低PCR产物的产量。dNTP能与Mg2+结合,使游离的Mg2+浓度降低。模板(靶基因 )核酸 模板核酸的量与纯化程度, 是 PCR 成败与否的关键环节之一, 传统的 DNA 纯化方法通常采用 SDS 和蛋白酶 K 来消化处理标本。 SDS 的主要功能是: 溶解细胞膜上的脂类 与蛋白质,因而溶解膜蛋白而破坏细胞膜,并解离细胞中的核蛋白, SDS 还能与蛋白质结合而沉 淀;蛋白酶 K 能水解消化蛋白质,特别是与 DNA 结合的组蛋白,再用有机溶剂酚与氯仿抽提掉蛋 白质和其它细胞组份,用乙醇或异丙醇沉淀核酸。提取的核酸即可作为模板用于 PCR 反应。一般 临床检测标本,可采用快速简便的方法溶解细胞,裂解病原体,消化除去染 色体的蛋白质使靶基 因游离,直接用于 PCR 扩增。 RNA 模板提取一般采用异硫氰酸胍或蛋白酶 K 法,要防止 RNase 降解 RNA。Mg2+浓度 Mg2+对PCR扩增的特异性和产量有显著的影响,在一般的 PCR反应中,各种 dNTP浓度为200umol/L时,Mg2+浓度为1.52.0mmol/L为宜。Mg2+浓度过高,反应特异性降 低,出现非特异扩增,浓度过低会降低 Taq DNA 聚合酶的活性,使反应产物减少。3.PCR 反应条件的选择PCR 反应条件为温度、时间和循环次数。温度与时间的设置: 基于 PCR 原理三步骤而设置变性 -退火-延伸三个温度点。 在标准反应中 采用三温度点法,双链 DNA在9095C变性,再迅速冷却至 4060C,引物退火并结合到靶 序列上,然后快速升温至 7075C,在Taq DNA聚合酶的作用下,使引物链沿模板延伸。对于 较短靶基因 (长度为 100300bp 时)可采用二温度点法,除变性温度外、退火与延伸温度可合二为一,一般采用94C变性,65C左右退火与延伸(此温度Taq DNA酶仍有较高的催化活性)。变性温度与时间:变性温度低,解链不完全是导致PCR失败的最主要原因。一般情况下,93C94Clmin足以使模板DNA变性,若低于93C则需延长时间,但温度不能过高,因为高温 环境对酶的活性有影响。此步若不能使靶基因模板或 PCR 产物完全变性,就会导致 PCR 失败。退火 (复性)温度与时间:退火温度是影响 PCR 特异性的较重要因素。变性后温度快速冷却 至40C60C,可使引物和模板发生结合。由于模板DNA比引物复杂得多,引物和模板之间的碰撞结合机会远远高于模板互补链之间的碰撞。退火温度与时间,取决于引物的长度、碱基组成 及其浓度,还有靶基序列的长度。对于20个核昔酸,G+C含量约50%的引物,55 C为选择最适退火温度的起点较为理想。引物的复性温度可通过以下公式帮助选择合适的温度:Tm 值 (解链温度 )=4(G+C) 2(A+T)复性温度=Tm值-(510 C)在 Tm 值允许范围内, 选择较高的复性温度可大大减少引物和模板间的非特异性结合,提高PCR反应的特异性。复性时间一般为 3060sec,足以使引物与模板之间完全结合。延伸温度与时间: Taq DNA 聚合酶的生物学活性:7080 C 150核昔酸/S/酶分子70 C 60核昔酸/S/酶分子55 C 24核昔酸/S/酶分子高于90 C时,DNA合成几乎不能进行。PCR反应的延伸温度一般选择在 7075C之间,常用温度为 72C,过高的延伸温度不利于 引物和模板的结合。 PCR 延伸反应的时间,可根据待扩增片段的长度而定,一般 1Kb 以内的 DNA 片段,延伸时间1min是足够的。34kb的靶序列需34min ;扩增10Kb需延伸至15min。延伸 进间过长会导致非特异性扩增带的出现。对低浓度模板的扩增,延伸时间要稍长些。循环次数 循环次数决定 PCR 扩增程度。 PCR 循环次数主要取决于模板 DNA 的浓度。一 般的循环次数选在 3040 次之间,循环次数越多,非特异性产物的量亦随之增多。资料来源:主题: PCR 的基本原理 反应条件选择推荐理由:1聚合酶链反应(Polymerase Chain Reaction ,PCR) 具有特异、敏感、产率高、快速、 简便、重复性好、易自动化等突出优点;能在一个试管内将所要研究的目的基因或某一DNA 片段于数小时内扩增至十万乃至百万倍 ,使肉眼能直接观察和判断;可从一根毛发、一滴血、甚至一个 细胞中扩增出足量的 DNA 供分析研究和检测鉴定2,因为 1 中所述原因可以很好的研究致癌基因,而这正是我想涉足的领域。我愿意多了解一点这 样的知识,以便将来能够用得上。RT-PCR 技术RT-PCR是将RNA的反转录(RT)和cDNA的聚合酶链式扩增(PCR )相 结合的技术。首先经反转录酶的作用从 RNA 合成 cDNA ,再以 cDNA 为模板,扩增 合成目的片段。 RT-PCR 技术灵敏而且用途广泛,可用于检测细胞中基因表达水平, 细胞中 RNA 病毒的含量和直接克隆 特定基因的 cDNA 序列。作为模板的 RNA 可以 是总RNA、mRNA或体外转录的RNA产物。无论使用何种RNA,关键是确保RNA 中无 RNA 酶和基因组 DNA 的污染。使用天为时代公司的总 RNA 提取系统(如目录 号 DP405 和 DP406 ) ,所获得的 RNA 的纯度高,基因组 DNA 污染少,用于 RT-PCR 系统可得到满意结果。用于反转录的引物可视实验的具体情况选择随机引物、 Oligo dT 及基因特 异性引物中的一种。对于短的不具有发卡结构的真核细胞mRNA,三种都可。RT-PCR 引物的选择随机引物:适用于长的或具有发卡结构的 RNA。适用于rRNA、mRNA、tRNA 等所有 RNA 的反转录反应。主要用于单一模板的 RT-PCR 反应。Oligo dT :适用于具有PolyA尾巴的RNA。(原核生物的RNA、真核生物 的Oligo dT rRNA和tRNA不具有PolyA尾巴。)由于Oligo dT要结合到PolyA尾 巴上,所以对 RNA 样品的质量要求较高, 即使有少量降解也 会使全长 cDNA 合成量 大大减少。基因特异性引物: 与模板序列互补的引物,适用于目的序列已知的情况。 天为时 性引物 代公司的 SuperScript One-Step System 特别适合于与基因特异性 引物连用。RT-PCR 影响因素RT-PCR 反应受多个因素影响,如硫酸镁的浓度 , 引物退火的温度,扩增的 循环数等。建议选择0.5-3.0 mM (相差0.5 mM)的硫酸镁作初步实验。对于具有较高Tm的引物,增加退火和延伸时的温度对反应有利。较高的 温度有利于减少非特异的引物结合,因而提高特异产物的得率。大多数目标 RNA 经 40 轮 PCR 反应就能观察到。但如果目标 RNA 太稀 少,或者只有很少的起始材料,有必要增加扩增的次数到 45-50 次。real time pcrReal time PCRReal time PCR( 实时定量 PCR)定量 PCR 已经从基于凝胶的低通量分析发展到高通 量的荧光分析技术,即实时定量 PCR。实时荧光定量PCR技 术于 1996 年由美国 Applied Biosystems 公司推出,由于该技 术不仅实现了 PCR 从定性到定量的飞跃,而且与常规 PCR 相 比,它具有特异性更强、有效解决 PCR 污染问题、自动化程度高等特点。实时定量PCR (real-time quantitative PCR) 是指在 PCR 指数扩增期间通过连续监测荧光信号 强弱的变化来即时测定特异性产物的量,并据此推断目的基因的初始量,不需要取出PCR 产物进行分离。目前实时定量 PCR 作为一个极有效的实验方法,已被广泛地应 用于分子生物学研究的各个领域。实时荧光定量 PCR 技术的主要应用:1. DNA 或 RNA 的绝对定量分析:包括病原微生物或病毒含量的检测 ,转基 因动植物转基因拷贝数的检测, RNAi 基因失活率的检测等2. 基因表达差异分析:例如比较经过不同处理样本之间特定基因的表达差异(如药物处理、物理处理、化学处理等 ),特定基因在不同时相的表达差异以及 cDNA 芯片或差显结果的确证3. 基因分型:例如 SNP 检测,甲基化检测等 Realtime PCR 常用的两种方法分别为: Sybr green (荧光染料掺入法) 和 Taqman probe (探针法)SYBR green在 PCR 反应体系中,加入过量 SYBR 荧光染料, SYBR 荧光染料特异性地 掺入 DNA 双链后,发射荧光信号,而不掺入链中的 SYBR 染料分子不会发射任何荧 光信号,从而保证荧光信号的增加与 PCR 产物的增加完全同步。此方法适用:1、灵敏度高:使用 SYBR 可使荧光效果增强到 1000 倍以上2、通用性好 ,不需要设计探针 ,方法简便 ,省时,价格低廉。3、通用型方法,在国内外科研中普遍使用。4、高通量大规模的定量 PCR 检测5、专一性要求不高的定量 PCR 检测。Taqman ProbePCR 扩增时在加入一对引物的同时加入一个特异性的荧光探针,该探针为 一寡核苷酸,两端分别标记一个报告荧光基团和一个淬灭荧光基团。探针完整时,报 告基团发射的荧光信号被淬灭基团吸收; PCR 扩增时, Taq 酶的 5-3外切酶活性将 探针酶切降解,使报告荧光基团和淬灭荧光基团分离,从而荧光监测系统可接收到荧 光信号,即每扩增一条 DNA 链,就有一个荧光分子形成,实现了荧光信号的累积与 PCR 产物形成完全同步此方法适用:1、具有高适应性和可靠性,实验结果稳定重复性好,特异性更高。2、适用于扩增序列专一的体系的检测。3、样品中靶基因含量过低的定量 PCR 检测。4、靶基因的特异序列较短,无论怎样优化引物设计条件都不能解决。5、存在与靶基因同源的序列,在 PCR 中容易出现非特异性扩增,对特异性 要求较高的定量。6、广泛用于人类传染病的诊断和病原定量 ,在动物病原体基因的检测 ,畜禽产 品的检验检疫 ,生物制品的鉴定。
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