基因工程7章PCR技术及其应用课件.ppt
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1、PCR反应的模板,重组质粒DNA基因组DNARNA菌落,PCR反应的模板重组质粒DNA,基因工程-7章PCR技术及其应用课件,图 1 口腔腺中提取的RNAM: DL2000 marker; 1: 5 L RNA; 2: 10 L RNA; 3: 15 L RNA.,M 1 2 3,28S,18S,5S,图 1 口腔腺中提取的RNA M,2022/12/15,4,第七章 PCR技术及其应用,一、PCR技术原理二、PCR技术的主要类型三、PCR技术应用,2022/10/104第七章 PCR技术及其应用一、PCR,2022/12/15,5,PCR技术简史,DNA的复制DNA变性与复性聚合酶链反应的发
2、明,解链酶,一、 PCR技术原理,2022/10/105PCR技术简史DNA的复制ATCGC,2022/12/15,6,PCR技术简史,DNA的复制DNA变性与复性聚合酶链反应的发明,引物酶,引物酶,2022/10/106PCR技术简史DNA的复制ATCGCG,2022/12/15,7,PCR技术简史,DNA的复制DNA变性与复性聚合酶链反应的发明,DNA聚合酶,DNA聚合酶,2022/10/107PCR技术简史DNA的复制ATCGCG,2022/12/15,8,PCR技术简史,DNA的复制DNA变性与复性聚合酶链式反应的发明,2022/10/108PCR技术简史DNA的复制,2022/12/
3、15,9,PCR技术简史,DNA的复制DNA变性与复性聚合酶链反应的发明,2022/10/109PCR技术简史DNA的复制1971年,,2022/12/15,10,PCR技术简史,DNA的复制DNA变性与复性聚合酶链反应的发明,2022/10/1010PCR技术简史DNA的复制1985年,2022/12/15,11,DNA polermases for PCR:,Thermus aquaticus,古细菌-水生栖热菌,最适生长温度70,具有5 3聚合酶活性和5 3外切酶活性,2022/10/1011DNA polermases for,2022/12/15,12,Taq DNA聚合酶(ther
4、mus aquaticus),酶活性(%),温度(),40 50 60 70 80 90 100,100 80 60 40 20,2022/10/1012Taq DNA聚合酶(thermus,2022/12/15,13,引物,引物,Mullis的构思,DNA聚合酶,DNA聚合酶,特定DNA片段,2022/10/1013引物引物Mullis的构思DNA聚合,2022/12/15,14,72,94,55,PCR循环,2022/10/1014729455PCR循环,2022/12/15,15,PCR技术简史,DNA的复制DNA变性与复性聚合酶链反应的发明,2022/10/1015PCR技术简史DNA
5、的复制耐热DNA,PCR的基本原理,类似于DNA的体内复制。首先待扩增DNA模板加热变性解链,随之将反应混合物冷却至某一温度,这一温度可使引物与它的靶序列发生退火,再将温度升高使退火引物在DNA聚合酶作用下得以延伸。这种热变性-复性-延伸的过程就是一个PCR循环,PCR就是在合适条件下的这种循环的不断重复。,2022/12/15,16,PCR的基本原理类似于DNA的体内复制。首先待扩增DNA模,2022/12/15,17,2022/10/1017,PCR Cycle - Step 1 - Denaturation Template DNA by Heat (95),2022/12/15,18,
6、Target Sequence,Target Sequence,PCR原理示意图,模板DNA的变性:模板DNA经加热至93-95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;,PCR Cycle - Step 1 - Denaturat,PCR Cycle - Step 2 Temperature is lowered (Tm ) and primers anneal to target sequences,2022/12/15,19,Target Sequence,Target Sequence,Primer 1,Pri
7、mer 2,5,3,5,5,3,5,3,3,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55左右,引物与模板DNA单链的互补序列配对结合;,PCR Cycle - Step 2 Temperatu,PCR Cycle - Step 3 - At 72 Taq DNA polymerase catalyses primer extension as complementary nucleotides are incorporated,2022/12/15,20,Target Sequence,Target Sequence,Primer 1,Primer 2,5,3,5
8、,5,3,5,3,3,Taq DNAPolymerase,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。,PCR Cycle - Step 3 - At 72 Ta,End of the 1st PCR Cycle Results in two copies of target sequence,2022/12/15,21,Target Sequence,Target Sequence,每完成一个循环需24分钟, 23小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。,End of the 1
9、st PCR Cycle Re,2022/12/15,22,被扩增的DNA片段,模板 DNA 变性引物与模板退火,引物延伸,模板DNA变性引物与模板退火引物延伸,引物延伸,循环1,循环2,循环3,模板 DNA 变性引物与模板退火,212,224,238,25次循环后,被扩增的DNA片段的拷贝数为 225 附图,Target Amplification,2022/10/1022被扩增的DNA片段模板 DNA 变性,Target Amplification,2022/12/15,23,No. ofNo. Amplicon CyclesCopies of Target1224384165326642
10、01,048,576301,073,741,824,1 cycle = 2 Amplicon,2 cycle = 4 Amplicon,3 cycle = 8 Amplicon,4 cycle = 16 Amplicon,5 cycle = 32 Amplicon,6 cycle = 64 Amplicon,7 cycle = 128 Amplicon,Target Amplification2022/10/10,2022/12/15,24,PCR反应体系,缓冲溶液(Mg2+是DNA聚合酶的激活剂) 耐热DNA聚合酶脱氧核糖三磷酸核苷酸 (dNTPs)模板DNA或cDNA上游引物、下游引物,2
11、022/10/1024PCR反应体系缓冲溶液(Mg2+是,2022/12/15,25,(1)PCR反应缓冲液,Mg2+是DNA聚合酶的激活剂。1.5mmol/L-2.5mmol/L反应体系。Mg2+浓度过低会使Taq酶活性丧失、PCR产量下降; Mg2+过高影响反应特异性。Mg2+可与负离子结合,所以反应体系中dNTP、EDTA等的浓度影响反应中游离的Mg2+浓度。,2022/10/1025(1)PCR反应缓冲液Mg2+是DN,2022/12/15,26,(2)Taq DNA聚合酶(thermus aquaticus) 0.5-5 U/100L 酶量增加使反应特异性下降; 酶量过少影响反应产量
12、。,2022/10/1026(2)Taq DNA聚合酶(ther,2022/12/15,27,(3)dNTP dNTP浓度取决于扩增片段的长度 四种dNTP浓度应相等,一般为50-200mol/L 浓度过高易产生错误碱基的掺入,浓度过低则降低反应产量 dNTP可与Mg2+结合,使游离的Mg2+浓度下降,影响DNA聚合酶的活性。,2022/10/1027(3)dNTP,2022/12/15,28,(4)模板 单、双链DNA均可。 不能混有蛋白酶、核酸酶、DNA聚合酶抑制剂、DNA结合蛋白类。 一般100ng DNA模板/100L。 模板浓度过高会导致反应的非特异性增加。,2022/10/1028
13、(4)模板,2022/12/15,29,(5)引物浓度 0.1-1mol/L 浓度过高易导致模板与引物错配,反应特异性下降。,2022/10/1029(5)引物浓度,PCR引物的设计一般原则,引物长度一般以1530bp为宜,过短则降低特异性,过长则会引起引物间退火而影响有效扩增。避免引物内部出现二级结构,避免序列内有较长的回文结构,使引物自身不能形成发夹结构。G/C和A/T碱基均匀分布,G/C含量在4555%之间,引物碱基序列尽可能选择碱基随机分布,避免出现嘌呤或嘧啶连续排列。,2022/12/15,30,PCR引物的设计一般原则引物长度一般以1530bp为宜,要避免两个引物间特别是3末端碱基
14、序列互补以及同一引物自身3末端碱基序列互补的,使它们不能形成引物二聚体或发卡结构。引物3末端碱基一般应与模板DNA严格配对,并且3末端为G、C或T时引物效率较高。引物5末端碱基可不与模板DNA匹配,可添加与模板无关的序列(如限制性核酸内切酶的识别序列、ATG起始密码子或启动子序列等),便于克隆和表达,但其保护碱基有一定的要求。引物的碱基顺序不能与非扩增区有同源性。,2022/12/15,31,要避免两个引物间特别是3末端碱基序列互补以及同一引物自身,2022/12/15,32,例 1. 引物的 3 末端形成杂交 5 GGCTATACCGATTCGAATCA 3 3 ACTAAGCTTAGCCA
15、TATCGG 5例 2. 引物的 5 末端形成杂交 5 ATCGATCGATGGCATGGTAT 3 3 TATGGTACGGTAGCTAGCTA 5例 3. 引物的中间部分形成杂交 5 AACGAGCTTCGAAGGCTAA 3 3 AACGAGCTTCGATGGCTAA 5例 4. 5 CCAGAGGGAGAACTCCCTCGC 3引物设计软件:Primer 5, Oligo6,2022/10/1032例 1. 引物的 3 末端形成杂,基因工程-7章PCR技术及其应用课件,基因工程-7章PCR技术及其应用课件,基因工程-7章PCR技术及其应用课件,基因工程-7章PCR技术及其应用课件,基因
16、工程-7章PCR技术及其应用课件,目的基因上游引物设计,目的基因上游引物设计,目的基因下游引物设计,目的基因下游引物设计,基因工程-7章PCR技术及其应用课件,2022/12/15,41,PCR一般循环参数变性 使双链DNA解链为单链,95 35分钟(2)退火 温度由引物长度和GC含量决定, 适宜的退火温度大约低于引物Tm值45-55 ,介于45-55 。 增加温度能减少引物与模板的非特异性结合;降低温度可增加反应的灵敏性。,Tm值就是DNA熔解温度,指把DNA的双螺旋结构降解一半时的温度。 Tm()(),2022/10/1041PCR一般循环参数Tm值就是DNA,2022/12/15,42,
17、(3)延伸 72,延伸时间由扩增片段长度决定(4)循环次数 主要取决于模版DNA的浓度 一般为25-35次 次数过多:扩增效率降低错误掺入率增加,2022/10/1042(3)延伸,标准的PCR反应条件:,10缓冲液 10 L4种dNTP混合物 各200umol/L引物 各10100pmol模板DNA 0.12gTaq DNA聚合酶 2.5UMg 2+ 1.5mmol/L,2022/12/15,43,标准的PCR反应条件:10缓冲液,2022/12/15,44,PCR仪,2022/10/1044PCR仪,2022/12/15,45,模板DNA,2022/10/1045模板DNA95,PCR的基
18、本原理,PCR反应条件PCR过程PCR的特点,2022/12/15,46,引物1,引物2,DNA引物,PCR的基本原理PCR反应条件2022/10/104650,PCR的基本原理,PCR反应条件PCR过程PCR的特点,2022/12/15,47,引物1,引物2,DNA引物,Taq酶,Taq酶,PCR的基本原理PCR反应条件2022/10/1047引物1,PCR的基本原理,PCR反应条件PCR过程PCR的特点,2022/12/15,48,第1轮结束,第2轮开始,PCR的基本原理PCR反应条件2022/10/104872,PCR的基本原理,PCR反应条件PCR过程PCR的特点,2022/12/15
19、,49,Taq,Taq,Taq,Taq,PCR的基本原理PCR反应条件2022/10/104995,PCR的基本原理,PCR反应条件PCR过程PCR的特点,2022/12/15,50,第2轮结束,PCR的基本原理PCR反应条件2022/10/105072,PCR的基本原理,PCR反应条件PCR过程PCR的特点,2022/12/15,51,模板DNA,第1轮扩增,第2轮扩增,第3轮扩增,第4轮扩增,第5轮扩增,第6轮扩增,理想拷贝数=2n n 循环次数实际拷贝数=(1+x)n X 平均效率,约为0.85 n 循环次数,附图,PCR的基本原理PCR反应条件2022/10/1051重复3,PCR反应
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