分子生物学与基因工程结课论文-Real-TimePCR在分子生物学中的应用讲义
PCR技术在分子生物学中的应用前景探讨
PCR技术在分子生物学中的应用前景探讨引言:分子生物学是研究生物体的分子结构、功能、特性以及分子间相互作用的学科。
PCR(聚合酶链式反应)技术作为分子生物学的重要工具,已经在许多领域取得了广泛应用。
本文将探讨PCR技术在分子生物学中的应用前景。
一、PCR技术的原理和方法PCR技术是一种通过体外合成DNA的方法,它利用DNA聚合酶在特定条件下,将DNA模板扩增成大量相同的DNA片段。
PCR技术主要包括三个步骤:变性、退火和扩增。
变性步骤将DNA双链解链成两个单链DNA,使它们可以作为模板。
退火步骤是将引物(起始合成DNA的片段)与模板DNA结合,形成牢固的复合物。
扩增步骤通过DNA聚合酶的作用,在引物的引导下进行大规模扩增。
PCR技术具有高度敏感性、高效性和特异性,能够在几小时内扩增目标DNA片段。
二、PCR技术在基因组学研究中的应用1. 基因突变检测:PCR技术可以快速检测基因组中的突变,通过引物的选择和特定的PCR条件,可以对目标基因进行扩增,并通过分析扩增产物的序列来确定突变位点。
2. 基因表达研究:PCR技术可以用于测定基因的表达水平。
通过定量PCR(qPCR),可以精确测量RNA转录本在不同组织和条件下的表达水平,从而深入了解基因的功能。
3. 基因克隆:PCR技术在基因克隆中起着重要的作用。
通过引物的选择,可以扩增目标基因,然后将其插入表达载体中。
这种方法可以构建重组蛋白质、构建基因库等。
4. 基因组编辑:PCR技术可以用于基因组编辑,例如CRISPR-Cas9技术。
通过设计引物来扩增Cas9酶和RNA引导片段,可以实现对特定基因的编辑,从而研究基因功能。
三、PCR技术在医学诊断中的应用1. 病原体快速检测:PCR技术可以快速检测病原体的存在,例如病毒、细菌和真菌等。
通过引物的选择,可以扩增目标病原体的DNA或RNA,从而确定感染的种类和数量。
2. 基因突变诊断:PCR技术可以用于检测某些遗传病的基因突变。
分子生物学方法在基因工程中的应用
分子生物学方法在基因工程中的应用基因工程是一门涉及改变生物体遗传信息的科学领域,它利用分子生物学的方法来研究、处理与操纵基因。
分子生物学方法在基因工程中被广泛应用,对于基因的克隆、表达、编辑等方面发挥着重要作用。
本文将介绍几种常见的分子生物学方法,并阐述它们在基因工程中的具体应用。
首先,PCR(聚合酶链反应)是基因工程领域中最常用的技术之一。
PCR通过体外扩增特定DNA序列,可以快速大量复制目标DNA片段。
PCR 涉及到三个主要步骤:变性、引物结合和扩增。
变性使得DNA双链解旋形成单链,引物结合使引物与目标序列相互配对,而扩增阶段则利用DNA聚合酶在引物的引导下合成新的DNA链。
PCR方法可以在短时间内扩增出大量DNA片段,从而为基因工程研究提供了充足的DNA材料。
例如,研究人员可以利用PCR扩增特定基因片段,然后进行克隆、定点突变或表达分析。
其次,限制性内切酶是另一种基因工程中常用的分子生物学工具。
限制性内切酶能够识别DNA特定序列并切割成片段,这些片段可以用于基因的克隆、测序或分析。
限制性内切酶根据酶切的模式和目标DNA的序列特征可分为三种:切割双链DNA、仅切割一个链和产生粘性或平滑末端。
通过合理选择适当的限制性内切酶,研究人员可以实现特定DNA片段的识别和切割。
例如,利用限制性内切酶,可以将目标基因与载体DNA酶切产生互补的末端,从而实现目标基因的插入和克隆。
第三,DNA测序技术是基因工程领域中的关键方法。
DNA测序技术用于确定DNA序列的准确顺序,已成为基因工程和基因组学研究的重要工具。
Sanger测序是最早也是最常用的DNA测序方法之一。
其基本原理是利用DDNTP(二氧侧笨三磷酸核苷酸)与DNA链中底物的链延伸反应,并通过羰化终止子(DDATP、DDCTP、DDGTP和DDTTP)使产生的扩增链中断裂,从而实现DNA序列的测定。
通过Sanger测序技术,研究人员可以准确获得目标DNA序列信息,从而深入了解基因的结构和功能,进而为基因编辑、基因突变和遗传病研究提供基础。
分子生物学中的PCR技术与应用
分子生物学中的PCR技术与应用PCR技术是一种在分子生物学领域中广泛使用且非常重要的技术,可以帮助分析DNA、RNA和蛋白质。
PCR的全称为聚合酶链反应(Polymerase Chain Reaction),是一种能够通过核酸序列特异性扩增DNA片段的技术。
PCR技术的应用范围非常广泛,例如进行病毒和细菌的检测、检验新的治疗方法和研究一个个体的基因组等等。
本文将详细介绍PCR技术的原理、操作步骤及应用。
一、PCR技术的原理PCR技术是一种体外扩增DNA片段的技术,是利用核酸聚合酶(Polymerase)在不断变化的温度条件下,在PCR试管中复制DNA。
PCR反应需要引入一个DNA模板(DNA template)、DNA引物(primers)以及DNA聚合酶(DNA polymerases)三个关键因素。
DNA模板是PCR反应的起始材料,它可以是任何来源的DNA。
DNA引物是用于定位PCR扩增片段的短DNA序列,两个引物选择的位置要能够框住要扩增的DNA片段。
DNA聚合酶是用于在DNA引物的引导下在DNA模板上复制DNA的酶。
PCR反应通常由三个步骤组成,包括变性、退火和延伸三个步骤。
这三个步骤可以通过简单地改变反应管中的温度来控制。
二、操作步骤PCR的操作步骤通常包括基因组DNA的提取、PCR反应液的配制、PCR反应、PCR产物的分析等。
基因组DNA的提取需要根据不同的来源分别进行操作。
PCR反应液的配制是为了保证PCR反应的稳定和准确。
在PCR反应时,需要根据模板DNA和引物的特性来确定PCR反应的条件。
如果模板DNA的浓度过低,PCR反应就会失效。
引物的选择是基于PCR扩增的目的和步长。
PCR反应是用于扩增DNA片段的步骤,通过循环变性、退火和延伸三个步骤,可以扩增数量低的DNA。
PCR反应细胞是通过一段特定的时间和温度来执行的。
这有助于扩增一个特定的DNA片段,而不会扩增其他DNA片段。
在PCR反应结束后,可以进行聚合酶链反应产物的实时分析。
分子生物学中的PCR技术及其应用实例
分子生物学中的PCR技术及其应用实例PCR(聚合酶链反应)技术是一种重要的分子生物学技术,被广泛应用于基因分析、DNA测序、病因检测等领域。
本文将就PCR技术原理、扩增机制、优化技巧及其应用实例进行探讨。
一、PCR技术原理PCR技术是一种体外的DNA扩增技术,通过特定的引物和聚合酶的作用,在体外模拟DNA自然复制的过程,从而在短时间内扩增目标DNA片段。
该技术根据DNA双链分子在高温下变性再回复到原状态的特点,将DNA的变性、退火、延伸等过程结合在一起,实现DNA序列的指数级扩增。
二、PCR技术扩增机制PCR技术的扩增过程包括三个阶段:变性、退火与延伸。
1.变性阶段:将反应体系中DNA分子加热至90~95℃,使其双链分子变性为单链。
2.退火阶段:将反应体系中的温度降至50~65℃,使引物结合至目标DNA上,并通过引物特异性与目标DNA碱基互补,形成DNA单链结构。
3.延伸阶段:将反应体系中温度升至72℃,聚合酶结合引物上,开始向目标DNA上的方向进行DNA链延伸。
延伸的长度取决于引物长度和反应时间,延伸后生成新的DNA双链复合物,反复进行三个阶段的循环操作,最终可扩增数百万份目标DNA的分子。
三、PCR技术的优化技巧PCR技术使用方便,特异性好,扩增速度快,但仍然有一些问题需要注意:1.引物的设计:引物的设计是PCR技术的一个重要环节。
应选择特异性好、长度适当、与目标DNA序列互补性强的引物。
2.缩短扩增时间:PCR反应时间一般需要数小时,较大地限制了其应用范围。
在加大酶的浓度、优化反应体系中缩短PCR反应时间,可提高反应效率。
3.增加扩增产物数量:一般来说,反应体系中DNA数量的下限约为0.1ng。
可以通过调整引物浓度、酶浓度、反应体系条件,提高扩增产物数量。
四、PCR技术应用实例PCR技术在基因分析、DNA测序、病因检测等领域中被广泛应用。
以下分别介绍其应用实例:1.基因分析:PCR技术可用于DNA聚集的检测、DNA变异检测等基因分析中。
PCR技术在分子生物学研究中的应用
PCR技术在分子生物学研究中的应用PCR(聚合酶链反应)技术是一种常用于分子生物学研究中的重要工具,它能够在体外复制和放大特定DNA序列。
PCR技术的应用广泛,涉及到基因检测、疾病诊断、基因工程、进化研究等领域。
本文将重点介绍PCR技术在分子生物学研究中的应用和意义。
首先,PCR技术在基因检测和疾病诊断中起着关键作用。
通过PCR技术,可以扩增特定的基因片段,并通过对扩增产物的分析来确定特定基因的存在与否。
这对于一些遗传疾病的诊断具有重要意义。
例如,在肿瘤学研究中,往往需要检测一些特定的突变基因,以确定患者是否患有某种类型的癌症。
通过PCR技术,可以迅速、准确地检测出特定的突变基因,从而对疾病进行确诊。
其次,PCR技术在基因工程领域的应用非常广泛。
基因工程是通过改变生物体内的基因组成来获得特定的功能。
通过PCR技术,可以迅速扩增需要的基因片段,并将其插入到目标生物体中,从而达到改变其基因组成的目的。
例如,在农业领域,通过插入某些耐逆性基因,可以使作物更加抗旱、抗虫害;在医学领域,可以通过插入某些治疗性基因,来治疗一些遗传疾病。
PCR技术的高效、高特异性,使得基因工程领域的研究更加便捷和高效。
此外,PCR技术还在进化研究中发挥着重要的作用。
通过PCR技术,可以从不同物种的DNA中扩增出特定的基因片段,比如核糖体RNA基因。
通过对这些基因片段的比对和分析,可以研究不同物种之间的进化关系和亲缘关系。
这对于了解物种的起源、演化以及物种间的亲缘关系具有重要意义。
PCR技术的高灵敏度和高特异性,使得这项研究变得更加容易和高效。
最后,PCR技术也在病毒学研究中发挥着重要的作用。
病毒是一类非常微小的生物体,其中的基因组相对较小。
通过PCR技术,可以快速、准确地扩增出病毒的基因组,从而研究其结构、功能和传播机制。
此外,PCR技术还可以用于病毒的诊断和监测。
通过扩增病毒的特定基因片段,可以迅速确定病毒类型,并对其传播进行监测和控制。
pcr技术在分子生物学中的应用
pcr技术在分子生物学中的应用PCR技术在分子生物学中的应用引言:PCR(聚合酶链式反应)是一种在分子生物学中广泛应用的技术,它可以快速、准确地扩增DNA片段。
PCR技术因其高效、灵敏和可靠的特点,被广泛应用于基因检测、疾病诊断、基因工程、法医学等领域。
本文将深入探讨PCR技术在分子生物学中的应用。
一、基因检测PCR技术在基因检测中有着重要的应用。
通过PCR扩增特定基因片段,可以检测个体是否携带某种基因突变或遗传病。
例如,PCR技术可以用于检测乳腺癌相关基因BRCA1和BRCA2的突变,帮助判断个体是否具有遗传乳腺癌的风险。
此外,PCR技术还可以用于检测病原体的基因,例如新冠病毒的核酸检测就是基于PCR原理。
二、疾病诊断PCR技术在疾病诊断中具有重要的应用价值。
通过PCR扩增患者体液中特定病原体的DNA或RNA片段,可以快速准确地检测出病原体的存在,从而帮助医生进行疾病的诊断。
例如,PCR技术可以用于检测艾滋病病毒的存在,帮助医生判断患者是否感染了艾滋病。
此外,PCR技术还可以用于检测细菌感染,例如通过检测脑脊液中的细菌DNA片段来诊断脑膜炎。
三、基因工程PCR技术在基因工程领域有着广泛的应用。
通过PCR扩增目标基因片段,可以快速获得大量的目标DNA。
这样就可以进行基因克隆、基因插入等操作。
例如,PCR技术可以用于构建重组质粒,将目标基因插入到质粒中,从而实现基因的表达和研究。
此外,PCR技术还可以用于基因突变的引入,通过引入特定突变的PCR产物,可以实现特定基因的突变。
四、法医学PCR技术在法医学中有着重要的应用。
通过PCR扩增样本中特定基因片段的DNA,可以对犯罪现场的DNA进行检测和鉴定。
例如,在刑事案件中,通过PCR技术可以检测凶手遗留在现场的DNA,从而确定凶手的身份。
此外,PCR技术还可以用于亲子鉴定,通过比对父母和子女的DNA片段,确定亲子关系。
总结:PCR技术作为一种高效、灵敏和可靠的分子生物学技术,被广泛应用于基因检测、疾病诊断、基因工程、法医学等领域。
分子生物学与基因工程结课论文
《分子生物学与基因工程》结课论文Real-Time PCR在分子生物学中的应用姓名:XXX学号:AXXXXXXX院系:生命科学学院班级:生科XXX班任课教师:XXX二零一二年十二月Real-Time PCR在分子生物学中的应用XXXXXX大学生命科学学院黑龙江哈尔滨150xxx摘要:聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)可对特定基因进行扩增,因此被广泛应用于分子生物学领域中获取特定基因或基因片段。
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(real-time quantitative PCR)。
该技术实现了PCR从定性到定量的飞跃,且与常规PCR相比,它具有特异性强、灵敏度高、重复性好、定量准确、速度快、全封闭反应等特点,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,成为了分子生物学研究中的重要工具。
关键词:实时定量PCR;基因扩增;分子生物学1971年Khorana等最早提出PCR理论:―DNA变性解链后与相应引物杂交,用DNA聚合酶延伸引物,重复该过程便可克隆tRNA基因‖。
因当时基因序列分析方法尚未成熟、热稳定DNA聚合酶还未发现及寡聚核苷酸引物合成仍处于手工和半自动阶段,核酸体外扩增设想似乎不切实际,且Smith等已发现了DNA限制性内切酶,使体外克隆基因成为可能,Khorana 等的早期设想被忽视。
1985年Mullis等用大肠杆菌DNA聚合酶ⅠKlenow片段体外扩增哺乳动物单拷贝基因成功以及1988年Saiki等将耐热DNA聚合酶(Taq酶)引入PCR ,使扩增反应的特异性和效率大大提高,并简化了操作程序,最终实现了DNA扩增的自动化,迅速推动了PCR的应用和普及。
自从PCR技术问世便很快成为科研、临床诊断的热点技术。
但是传统PCR技术在应用中一是不能准确定量,二是容易交叉污染,产生假阳性。
PCR技术及其应用(医学分子生物学)
PCR技术是一种在实验室中用于从极微小的DNA样本中进行扩增的技术。它采 用特定的酶系统和温度循环,使得DNA片段可以被放大成大量可见的形式。
PCR技术原理
PCR技术利用DNA聚合酶在体外合成DNA的特性。它涉及三个主要步骤:变性、引物结合和扩增。
PCR技术应用领域
基因组学研究
PCR技术在基因组学研究中发挥着重要作用,可以用于从复杂基因组中扩增特定的DNA区域。
遗传疾病诊断
PCR技术可以用于检测携带有致病基因突变的人群,帮助进行早期诊断和预防。
法医学鉴定
PCR技术在法医学中可用于鉴定嫌疑犯的DNA,为犯罪调查提供重要证据。
PCR技术在医学研究中的应用
基因表达研究
2
基因突变筛查
PCR技术可以用于筛查各种遗传性疾病的突变,帮助早期诊断和预后评估。
3
体外受精
Hale Waihona Puke PCR技术在体外受精过程中可以检测和筛查胚胎的遗传疾病,提高受孕成功率。
PCR技术在药物研发中的应用
1 药物代谢研究
PCR技术可以用于研究药物在人体内的代谢途径和速度,以及相关的影响因素。
2 毒性评估
PCR技术可以检测和分析药物对细胞和组织的毒性作用,帮助评估药物的安全性。
PCR技术可以检测和定量特定基 因的表达水平,帮助解析基因功 能。
细胞株鉴定
PCR技术可用于验证和鉴定细胞 株是否为纯种,以确保实验结果 的准确性。
基因克隆
PCR技术可以在研究中克隆和扩 增特定的基因序列,为后续研究 提供材料。
PCR技术在临床诊断中的应用
1
病原检测
PCR技术可以迅速检测出引起感染的病原微生物,为精确诊断和治疗提供依据。
【分子生物学技术】PCR技术原理与应用
【分子生物学技术】PCR技术原理与应用PCR技术原理与应用一、实验目的:1、理解PCR的技术原理;2、了解PCR的应用领域二、实验原理:1 概念PCR(Polymerasechain reaction,聚合酶链式反应)是模拟体内DNA复制过程,对特定DNA序列进行大量扩增的一种技术。
PCR 反应是以4种dNTP为底物,引物引导,DNA聚合酶催化作用下,在单链DNA模板3’末端开始进行互补链的延伸,多次反复的扩增使特定DNA序列以指数增加。
2、PCR反应体系参与PCR反应的物质主要为包括:引物、酶、dNTP、Buffer、模板和Mg2+。
2.1 引物引物是两段与待扩增靶DNA序列互补的寡核苷酸片段,两引物间距离决定扩增片段的长度,两引物的5’端决定扩增产物的两个5’末端位置。
PCR产物的特异性取决于引物与模板DNA互补的程度。
引物设计有3条基本原则:首先引物与模板的序列要紧密互补,其次引物与引物之间避免形成稳定的二聚体或发夹结构,再次引物不能在模板的非目的位点引发DNA聚合反应. 引物设计一般考虑以下几个方面:2.1.1 引物长度PCR特异性一般通过引物长度和退火温度来控制。
引物的长度一般为15-30bp,常用的是18~27bp,最佳为20~24bp。
引物过短时会造成Tm值过低,在酶反应温度时不能与模板很好的配对;引物过长时又会造成Tm值过高,超过酶反应的最适温度,还会导致其延伸温度大于74℃,不适于Taq DNA聚合酶进行反应。
2.1.2 引物碱基构成引物中四种碱基的分布最好是随机的,不要有聚嘌呤或聚嘧啶的存在,3′端不应超过3个连续的G或C,因为这样会使引物在G+C富集序列区错误引发。
两个引物中(g+c)%含量应尽量相似,在已知扩增片段(g+c)%含量时宜接近于待扩增片段,一般以40%~60%为佳,过高或过低都不利于引发反应。
Tm值是一定盐浓度条件下,50%寡核苷酸互补双链解链的温度。
Tm=4(G+C)+2(A+T)。
PCR技术在分子生物学中的应用
PCR技术在分子生物学中的应用PCR(聚合酶链式反应)是一种基于DNA复制的体外扩增技术,它在分子生物学领域具有广泛的应用。
PCR技术通过利用DNA的天然复制机制,实现快速、精确、可靠的DNA扩增。
本文将介绍PCR技术在分子生物学研究中的重要应用。
一、基因突变检测与基因诊断PCR技术在基因突变检测与基因诊断中扮演着重要角色。
通过设计特异性引物,PCR可以选择性地扩增感兴趣的基因片段,从而检测基因突变的存在。
该技术对早期肿瘤、遗传性疾病等的诊断具有重要的意义。
例如,在乳腺癌诊断中,通过PCR技术可以检测BRCA1/2基因的突变,从而指导病人的治疗方案选择。
二、基因克隆与基因工程PCR技术在基因克隆与基因工程中也有广泛应用。
通过PCR扩增目标基因序列,可以获得大量目标DNA片段。
这些扩增的目标基因片段可以用来进行基因克隆、表达载体构建和基因突变等实验操作。
PCR技术的快速和高效,极大地推动了基因工程的发展。
三、DNA测序与基因组学研究PCR技术在DNA测序和基因组学研究中发挥着重要作用。
在DNA 测序中,PCR可以扩增目标片段,使其达到测序所需的起始浓度。
此外,PCR技术还可以用于扩增低浓度的目标DNA,从而增加测序结果的可靠性。
在基因组学研究中,PCR技术可以用于扩增DNA序列的特定区域,进而研究基因组的结构和功能。
四、病原体检测与疾病诊断PCR技术在病原体检测和疾病诊断中有着广泛的应用。
通过针对特定病原体的基因序列设计引物,PCR可以迅速检测到病原体的存在。
这种迅速、敏感的检测方法对于疾病的早期发现和治疗具有重要意义。
例如,在新型冠状病毒检测中,PCR技术被广泛应用于特异性检测病毒的基因序列。
五、分子人类学与亲子鉴定PCR技术在分子人类学和亲子鉴定中的应用也非常重要。
通过PCR 扩增人类基因组的特定区域,可以比较个体之间的遗传差异,从而揭示人类的遗传多样性与进化。
此外,PCR技术也可用于亲子鉴定,通过比较孩子和父母之间的基因序列差异,确定双亲关系。
分子生物学技术在基因工程中的应用
分子生物学技术在基因工程中的应用随着科技的不断进步,生物学的研究也得到了快速的发展。
分子生物学技术在这个领域中扮演了重要的角色,为基因工程的进展提供了强有力的支持。
本文将探讨分子生物学技术在基因工程中的应用。
一、基因克隆技术基因克隆是基因工程的核心技术之一。
分子生物学技术中的限制性内切酶和重组DNA技术是基因克隆的重要基础。
其中,限制性内切酶是一种能够识别并切割特定DNA序列的酶,它在基因克隆中扮演了不可或缺的角色。
利用限制性内切酶和DNA连接酶,基因工程技术可以将特定基因片段分离抽提并摆放在其他生物体内,从而实现基因的克隆。
此外,PCR技术也是基因克隆技术中常用的手段之一。
它可以在核酸链反应的过程中,扩增DNA的数量。
PCR技术在基因工程中的应用是十分广泛的,它可以被用来高效地扩增DNA,实现基因的克隆。
二、载体构建技术将目标基因片段置入载体中,使其能被生物体高效地表达,是基因工程中的另一个核心技术。
分子生物学技术中的DNA重组技术可用于构建适合基因转移的载体,从而将基因片段置入到其中。
例如,利用重组DNA技术可以将荧光蛋白基因转移到其他细胞中,从而实现目标基因的高效表达。
此外,RNA干扰技术也是载体构建技术的重要手段。
该技术可以在基因中引入dsRNA,并诱导RNAi,从而在目标基因表达的过程中,抑制成果蛋白的表达,实现对基因的干扰。
这一技术在基因工程研究中也非常常用。
三、基因测序技术分子生物学技术中的DNA测序技术是基因工程研究中不可或缺的一项技术。
随着测序技术的不断进步,现在已经可以通过高通量测序技术,对大规模基因信息进行分析。
基因测序技术的发展,也推动了基因编辑技术的发展。
基因编辑技术可以实现基因序列的精确编辑和改造,例如CRISPR/Cas9技术就是一种基因编辑技术。
它利用RNA导向的CAS9核酸酶和指向性RNA的特性,实现特异性目标基因的切割和编辑。
该技术已经被广泛应用于生物体中基因功能和表达的研究。
PCR技术在分子生物学研究中的意义
PCR技术在分子生物学研究中的意义PCR技术(聚合酶链反应)是一种重要的分子生物学技术,它在DNA分析、基因表达研究、遗传疾病诊断以及基因工程等领域发挥着重要的作用。
PCR技术的发展和应用,不仅加速了基础生物学的进展,也为医学和农业等应用领域提供了强大的工具。
PCR的基本原理是通过复制DNA分子的特定区段来扩增其数量。
PCR技术通过在一系列的温度变化中,逐渐扩增DNA分子,从而获得足够多的目标DNA序列。
PCR技术具有高效、快速、特异性强以及操作简便等优点,以致于成为现代分子生物学研究中不可或缺的技术手段。
首先,PCR技术在DNA标记和测序中的应用意义重大。
通过PCR技术,可以扩增DNA片段,使其数量足够多以便进行进一步的分析。
在DNA测序中,PCR技术可以创建连续的片段,从而实现对整个基因组或基因的测序。
此外,PCR技术还可以应用于功能基因分型,如单核苷酸多态性(SNP)分析,从而对个体特异性DNA变异进行检测和鉴定。
其次,PCR技术在基因表达研究中的应用非常广泛。
基因表达研究可以帮助我们了解基因在不同组织或情况下的表达水平及模式。
通过PCR技术,可以使用基于反转录的PCR(RT-PCR)方法来检测和分析mRNA的存在及数量,并从中推测基因的表达水平。
此外,实时定量PCR(qPCR)技术的出现,使得我们可以在短时间内准确地测定基因的表达量,从而更好地理解基因调控机制和生物过程。
PCR技术还在遗传疾病的诊断与预测中发挥着重要作用。
遗传疾病通常由基因突变引起,而PCR技术可以用来检测这些突变。
例如,基于PCR的突变分析可以用于检测单基因疾病、遗传性肿瘤以及染色体异常等遗传疾病。
此外,PCR技术还可以在预测遗传疾病的患病风险中发挥作用,通过检测相关基因的多态性,可以对个体在遗传水平上的易感性进行评估。
最后,PCR技术在基因工程领域具有重要意义。
基因工程通过对目标基因进行操作和改造,使其产生理想的表达特性。
分子生物学技术在基因分析中的应用
分子生物学技术在基因分析中的应用分子生物学技术是指利用分子生物学研究中的一系列技术手段,对生物体的分子结构和功能进行分析和探索的科学技术。
它在基因分析中起着至关重要的作用,为我们深入了解基因的结构、功能和调控机制,解析基因与疾病之间的关系提供了有力的工具。
本文将重点介绍分子生物学技术在基因分析中的应用。
第一,PCR技术。
聚合酶链式反应(PCR)是一种通过体外扩增DNA片段的技术,它能够以指数级别复制目标DNA序列,从而使我们可以在样本中找到只有一两个拷贝的DNA。
PCR技术在基因分析中的应用广泛,如检测基因突变、基因型分析、DNA指纹鉴定等。
此外,PCR技术还可以与其他分子生物学技术结合,如RT-PCR技术用于检测基因表达、实时荧光定量PCR技术用于定量基因表达等。
第二,基因测序技术。
基因测序技术是通过测定DNA序列来揭示基因信息的一种重要手段。
DNA测序技术的发展使得我们能够高效地测定基因的序列,从而研究基因功能、寻找疾病基因等。
近年来,高通量测序技术的快速发展,如二代测序(NGS)技术,进一步降低了基因测序的成本和时间,大大促进了基因分析的发展。
第三,基因克隆技术。
基因克隆技术是指将感兴趣的DNA序列插入到载体中,形成重组DNA分子的技术。
利用基因克隆技术,科学家可以克隆一些基因并进行进一步的研究,如基因表达、蛋白质结构与功能、基因调控机制等。
此外,基因克隆技术还有助于构建基因库、表达蛋白质等育种和生物制药方面的应用。
第四,基因组学研究。
基因组学是研究生物体完整基因组的组成、结构、功能和演化的科学。
分子生物学技术在基因组学研究中起着关键作用。
通过对基因组DNA的测序、比较基因组学和功能基因组学等技术手段,科学家可以对基因组进行全面的研究,解析基因在生物体内的分布和功能,揭示基因的演化规律以及基因与疾病之间的关系。
分子生物学技术在基因诊断中的应用
分子生物学技术在基因诊断中的应用基因诊断是一项非常重要的医学检测技术,它通过对个体的基因组进行分析来确定遗传疾病的存在与否。
分子生物学技术作为基因诊断的重要工具,为医学界提供了更准确、高效和可靠的诊断手段。
本文将介绍分子生物学技术在基因诊断中的应用,并探讨其优势和挑战。
一、聚合酶链式反应(PCR)技术的应用聚合酶链式反应(PCR)是一种重要的分子生物学技术,它通过扩增目标DNA序列来大幅增加其数量。
在基因诊断中,PCR技术可以用来检测突变基因、寻找致病基因以及判断基因型。
例如,在遗传性疾病的诊断中,PCR可以扩增含有突变基因的DNA片段,并通过电泳分析确定突变的存在。
二、基因测序技术的应用基因测序技术是通过解读DNA序列来确定基因组中特定基因的序列信息。
在基因诊断中,基因测序技术可以用于寻找突变基因、检测基因表达变异以及预测个体的遗传风险。
例如,通过测序特定基因区域的DNA序列,可以确定遗传性疾病相关基因中的突变,并进一步评估患者患病的风险。
三、DNA芯片技术的应用DNA芯片技术是一种高通量的基因分析方法,可以同时检测数以千计的基因表达水平。
在基因诊断中,DNA芯片技术可以用来筛查患者的基因表达谱,从而确定与疾病相关的基因变化。
例如,在肿瘤诊断中,通过对肿瘤组织中基因表达谱的比较,可以确定与肿瘤相关的致病基因,为肿瘤治疗选择提供指导。
四、DNA甲基化分析技术的应用DNA甲基化分析技术是研究DNA甲基化修饰的一种方法,DNA 甲基化在基因表达和基因组稳定性中起着重要的调控作用。
在基因诊断中,DNA甲基化分析技术可以用来检测致病基因的甲基化状态,从而揭示基因调控异常与疾病之间的关系。
例如,在某些遗传性疾病的诊断中,通过检测特定基因的甲基化程度,可以确定该基因的表达异常是否与疾病相关。
总结起来,分子生物学技术在基因诊断中发挥着重要作用。
PCR技术可以快速扩增目标DNA序列,实现敏感的突变检测;基因测序技术可以准确解读DNA序列信息,发现疾病相关的基因变异;DNA芯片技术可以高通量地分析基因表达谱,揭示基因与疾病之间的联系;DNA甲基化分析技术可以研究基因的表观遗传调控,深入了解遗传疾病的发生机制。
分子生物学方法在基因工程中的应用
分子生物学方法在基因工程中的应用基因工程是一门应用领域广泛的科学技术,利用分子生物学的方法对生物体的基因进行操作和调控,从而改变其性状和特征。
在过去几十年中,分子生物学的快速发展为基因工程提供了强有力的技术支持。
本文将讨论分子生物学方法在基因工程中的应用,包括基因重组、基因克隆、基因敲除和基因表达调控等方面。
基因重组是基因工程的核心技术之一。
它通过人工将两个或多个不同的DNA片段融合在一起,形成新的片段,从而产生一种半合成的DNA序列。
分子生物学提供了许多基因重组的方法,如限制性酶切、DNA连接和DNA修复等。
其中,限制性酶切是最常用的方法之一。
限制性酶切通过识别和切割特定的DNA序列,从而产生所需的DNA片段。
这些片段可以来自于同一种生物体的不同基因,也可以来自于不同生物体的基因。
通过限制性酶切和DNA连接,我们可以将目标基因插入到表达载体中,进而在宿主细胞中表达。
基因克隆是通过将一个或多个基因从一种生物体转移到另一种生物体中,从而使目标生物体表达新的性状或产生新的产物。
分子生物学提供了多种基因克隆的方法。
其中,PCR(聚合酶链式反应)是最常用的方法之一。
PCR可以在体外扩增目标基因的DNA序列,使其数量增加到足够用于克隆。
除了PCR,还有许多其他的克隆方法,如限制性片段长度多态性(RFLP)分析、滚环放大法(RCA)和基因文库构建等。
这些方法为基因工程的研究和应用提供了强大的工具。
基因敲除是将目标基因删除或失活的过程。
通过破坏目标基因的DNA序列,我们可以研究该基因在生物体中的功能和作用机制。
分子生物学提供了多种基因敲除的方法,如合成寡核苷酸、介导内源基因组编辑和CRISPR-Cas9系统等。
CRISPR-Cas9系统是最新、也是最被广泛应用的一种基因敲除方法。
该系统允许研究人员直接编辑生物体的基因组,实现目标基因的敲除、突变或修复。
它具有高效率、简单易用和灵活性强的特点,为基因敲除研究提供了革命性的工具。
分子生物学技术在基因工程中的应用探讨
分子生物学技术在基因工程中的应用探讨基因工程作为生物技术领域中的重要分支,旨在通过改变生物体的基因组来创造新的生物体或改善现有生物体的功能。
在这一过程中,分子生物学技术发挥着关键作用。
本文将探讨分子生物学技术在基因工程中的应用以及其带来的潜在影响。
分子生物学技术是研究生物分子的结构、功能及其相互作用的一门学科。
它包括了一系列实验技术和工具,如基因克隆、PCR (聚合酶链式反应)、基因测序和基因编辑等。
这些技术使得科学家可以对生物体的基因组进行精确控制和改变,从而实现基因工程的目标。
在基因工程中,分子生物学技术广泛应用于基因表达和基因功能研究。
基因表达是指基因在特定条件下产生蛋白质或RNA的过程。
通过分子生物学技术,科学家可以将目标基因插入宿主细胞的基因组中,并使用适当的启动子和调控元件来实现目标基因的高效表达。
这种基因表达系统可以用于生产重要的蛋白质,如药物、酶和工业用途的化合物。
分子生物学技术还在基因功能研究中发挥着关键作用。
通过基因编辑技术,如CRISPR-Cas9系统,科学家可以精确地改变生物体的基因组序列。
这使得我们能够揭示特定基因在生物体发育、代谢和疾病中的功能,并为疾病的治疗提供新的可能性。
例如,在癌症研究中,科学家可以通过基因编辑技术来研究致病基因的功能,并探索针对这些基因的新疗法。
除了基因表达和基因功能研究,分子生物学技术还可用于基因组学研究和转基因技术。
基因组学是研究整个基因组的结构和功能的学科。
借助分子生物学技术,科学家可以对生物体的基因组进行测序,并获得大量的基因组信息。
这些信息不仅有助于我们理解生物体的遗传机制和进化历史,还可以为疾病的诊断和治疗提供新的思路。
转基因技术是指将外源基因导入生物体的基因组中,从而赋予生物体新的或改良的性状。
通过分子生物学技术,科学家可以将目标基因从一个物种转移到另一个物种中,从而创造出具有新的特征的转基因生物体。
转基因技术已经在农业、医学和环境保护等领域展示出潜力。
real_time PCR将成为分子生物学研究的重要检测技术.
巨大的威力。
基因芯片作为一种先进的、大规模的、高通量的监测技术,代表着未来分子生物学的发展趋势,具有以下优点:⑴高度灵敏性和准确度;⑵快速简便;⑶可同时检测多种疾病。
基因芯片尤其在早期诊断和个性化诊断方面有巨大的应用前景。
并且近年来此技术已用于药物发现,突变检测,核苷酸多态性分析,基因进化研究,绘制基因组图谱。
DNA 微阵列技术作为一用诊断工具也显示出广泛的应用前景,并且微阵列技术在理论上可以同时监测成百上千个核苷酸序列,然而仅近来,关于微阵列技应用就已开始出现了大量相关报导。
寡核苷酸微阵列已用于癌样基因突变和人类免疫缺陷病毒突变及细菌分型的研究。
但基因芯片还有许多问题亟待解决,如提高芯片的特异性、简化样品制备和标记操作程序、增加信号检测的灵敏度及其可重复利用等。
总之,核酸芯片技术与基因组和后基因组时代的需求相适应,以其本身具有的革命性的优势,作为一种理想的强有力的分析工具,必将在生命科学,医学及其他相关科学中扮演重要角色。
参考文献[1]Andersen C L ,Hostetter G ,Grigoryan A ,et al .Improved procedure for fluorescence in situ hybeidization on tissue microarray.Cytometry ,2001,45(2:83-86[2]Feng.H.C.,Tsao S.W ,Ngan.H.Y.S.,Kwan H.S.,et al.Differential GeneExpressionIdentifiedinCompleteHydatidiformMolebyCombining SuppressionSubtr active Hybridization and cDNAMicroarray .Placenta ,18July 2005[3]Anna V .I ,Galina M .V ,Vladimir A .K ,et e of an OligonucleotideArrayfor LaboratoryDiagnosis ofBacteria Responsible for Acute UpperRespiratory Infections.[J]Clin Microbiol.,2004,42(12:5793-5801.[4]Stina B .R ,Jari J ,Olli R ,AinoR ,et e ofthe DNAFlow -Thru Chip ,a Three-DimensionalBiochip ,for Typing and Subtyping of Influenza Viruses.[J]ClinMicrobiol.,2004September;42(9:4268-4274.2004,42.(9:4268-4274[5]Li J B ,Zhou Y F ,Zhang.X E ,et al.Construction and characterization of different MutS fusion proteins as recognition elements of DNA chip for detection of DNA mutations.Biosensors and Bioelectronics ,2005,21(1:135-144[6]David W ,Laurent C ,Maxine Z ,et al.Nonlinear partial differential equations and applications Microarray -based detection and genotyping of viralpathogens.Journal ,2002,99(24:15687-15692[7]Nicole K ,Olivier F ,Kevin P ,et e of the DNA Flow -Thru Chip ,a Three-Dimensional Biochip ,for Typing and Subtyping of Influenza Viruses.[J]Clin Microbiol ,2004.42(5:2173-2185.[8]Bulyk ML ,Huang X ,cHOO y ,church G M .Exploring the DNA -binding specifities of zinc finger with DNA microarray.P Natl Acad Sci USA 2001,98(13:7158-7163[9]Miki O ,Shigeyuki O ,Yoko N ,Takahiro H ,et al.A review of DNA microarray analysis of human neuroblastomas.Cancer Letters ,2005,228(1-2:5-11[10]Analysis of DNA-chip and antigen-chip data:studies of cancer ,stemcellsandautoimmunediseases .ComputerPhysicsCommu nicatio ns ,2005,169(1-3183-187[11]Chips with everything:DNA microarrays in infectious diseases.TheLancet Infectious Diseases ,2004,4(2:100-11115关键词:real-timePCR 技术;SYBR Green I ;Taqman 探针real - ti m e PCR 将成为分子生物学研究的重要检测技术朱芷葳,赫晓燕,姜俊兵,范瑞文,董常生*(山西农业大学动物科技学院,太谷030801近年来,real-time PCR 技术作为一种敏感、快速、简便、重复性好的检测技术已广泛出现在生物学研究领域。
分子生物学课程论文
PCR技术发展与应用的研究进展王亚纯 09120103摘要:聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)是最常用的分子生物学技术之一,通过变性、退火和延伸的循环来完成核酸分子的大量扩增.定量PCR技术是克服了原有的PCR技术存在的不足,能准确敏感地测定模板浓度及检测基因变异等,快速PCR技术快速PCR在保证PCR反应特异性、灵敏性和保真度的前提下,在更短时间内完成对核酸分子的扩增.mRNA 差异显示PCR技术是在基因转录水平上研究差异表达和性状差异的有效方法之一.近年来已经开展了许多这三方面的研究工作,本文就定量PCR技术、快速PCR技术、mRNA差异显示PCR技术作一综述,以便更好地理解及应用这项技术。
关键字:定量PCR;荧光PCR;快速PCR;DNA聚合酶;mRNA差异显示PCR0 前言聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)技术由于PCR简便易行、灵敏度高等优点,该技术被广泛应用于基础研究。
但是,由于传统的PCR技术不能准确定量,且操作过程中易污染而使得假阳性率高等缺点,使其在临床上的应用受到限制[1]。
鉴于此,对PCR产物进行准确定量便成为迫切的需要。
几经探索,先后出现了多种定量PCR (quantitative PCR,Q-PCR)方法,其中结果较为可靠的是竞争性PCR和荧光定量PCR(fluorescence quantitative PCR,FQ-PCR)。
随着生命科学和医学检测的不断发展,人们越来越希望在保证PCR反应特异性、灵敏性、保真度的同时,能够尽量缩短反应的时间,即实现快速PCR(Rapid PCR or Fast PCR)。
快速PCR技术不仅可使样品在有限的时间内可以尽快得到扩增,而且可以显著增加可检测的样品数量,显然,在大批量样本检测和传染病快速诊断等方面将会有重要的应用前景。
例如,快速PCR在临床检测中可大大加快疾病的诊断效率;在生物恐怖袭击时能有效帮助快速鉴定可疑物中有害生物的存在与否;同时,由于PCR已经渗入到现代生物学研究的各个方面,快速PCR的实现必然可以使许多科学研究工作的进展显著加快,最终影响到整个生物学发展的速度。
2023年分子生物学与基因工程期末结课论文
2023年分子生物学与基因工程期末结课论文引言:(无需再次给出题目,直接开始撰写正文)分子生物学与基因工程是当今科学界备受关注的领域之一,它们对人类生命和疾病的研究具有重要意义。
本论文旨在探讨2023年分子生物学与基因工程的研究进展以及其在生命科学领域的应用前景。
一、基因编辑技术的突破随着CRISPR-Cas9技术的不断发展,基因编辑成为了分子生物学与基因工程领域的研究热点。
2023年,科学家们在基因编辑技术的使用方面取得了重大突破。
他们利用CRISPR-Cas9系统成功地实现了对某些基因的精确修饰,为研究人员提供了更多探索基因功能和调控机制的机会。
二、基因工程在农业领域的应用2023年,基因工程在农业领域的应用更加广泛。
通过基因编辑技术和转基因技术的结合,科学家们成功地培育出了抗虫、抗病、耐旱等具有优良性状的作物品种。
这些农作物不仅能够提高农作物的产量和质量,还能减少农药的使用,降低农业对环境的负面影响。
三、基因治疗的进展基因治疗是分子生物学与基因工程的重要应用之一。
在2023年,基因治疗在一些遗传性疾病和癌症方面取得了重要突破。
科学家们利用基因工程技术,将正常的基因导入到病人体内,从而修复或替代异常基因,达到治疗的目的。
这为一些不可治愈的疾病提供了新的治疗方法,并且取得了一定的疗效。
四、CRISPR技术的伦理考量虽然CRISPR技术带来了许多前所未有的可能性,但其应用也带来了一些伦理问题。
2023年,CRISPR技术的临床应用正面临着诸多挑战。
例如,在基因编辑婴儿的案例中,科学家们必须面对伦理、社会以及法律等多重考量。
因此,我们必须慎重对待这项新技术的发展,确保其在不伤害个体权益的前提下发挥其最大的应用潜力。
五、分子生物学与基因工程的未来展望2023年,分子生物学与基因工程将继续取得新的突破与进展。
随着科技的不断进步,我们可以预见,在治疗疾病、改良农作物、生物能源利用等多个领域都将有更大的发展空间。
分子生物学中的PCR技术原理与实践
分子生物学中的PCR技术原理与实践PCR,即聚合酶链反应(Polymerase Chain Reaction),是分子生物学中一种被广泛应用的技术手段。
它可以在极短时间内,通过体外复制DNA分子,将少量的DNA扩增到足够数量,以便进行后续实验或分析。
PCR技术具有快速、高效、敏感、准确等特点,被广泛应用于基因工程、遗传学、医学、生态学、环境科学等多个领域。
本文将对PCR技术的原理、反应体系、实验步骤及应用等方面进行介绍。
PCR技术原理PCR技术的核心原理是酶的体外复制,在PCR反应中所使用的酶是DNA聚合酶。
由于DNA聚合酶是一种只能从5’端向3’端进行DNA合成的酶,PCR反应涉及到的基本原理包括三个方面:DNA的复性、引物的碱基配对以及酶的DNA合成。
PCR反应体系PCR反应需要的反应体系主要包括模板DNA、引物、聚合酶、四种脱氧核苷酸(dNTPs)和反应缓冲液。
其中,引物是PCR反应体系中的重要组分之一。
引物分为两个,为了保证出现所谓的稳定启动复杂,并且引导聚合酶扩增目标片段。
PCR反应需要的温度变化很大,一般情况下,PCR反应需要用到一个能够提供三种不同温度的恒温器,这个反应时需要一个消光带。
PCR实验步骤1.设计引物序列。
为了使引物具有特异性,常常选用已知的模板序列为模板,通过计算机程序设计出特异性好、长度适中的引物序列。
设计的引物应该要包含物品的基因区域,而不能包含那个彻底的基因。
2.制备PCR反应体系。
在制备PCR反应体系时,需要根据不同的实验目的,选取适当的引物、PCR反应溶液体系和反应条件。
3.进行PCR反应。
PCR反应的实验条件、实验时间等因素有很多。
在实验过程中,需要根据引物设计的结果进行反应体系的优化调整,以获得理想的PCR产物。
4.分析PCR产物。
分析PCR产物可以采用各种方法,包括琼脂糖凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳、荧光定量等方法。
PCR技术应用1.物种识别:PCR可以利用微生物DNA来区别不同物种,例如从钩虾和加拿大鹅之间进行区分的方法。
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《分子生物学与基因工程》结课论文Real-Time PCR在分子生物学中的应用姓名:学号:院系:班级:任课教师:二零一二年十二月Real-Time PCR在分子生物学中的应用东北农业大学生命科学学院黑龙江哈尔滨150030摘要:聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)可对特定基因进行扩增,因此被广泛应用于分子生物学领域中获取特定基因或基因片段。
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(real-time quantitative PCR)。
该技术实现了PCR从定性到定量的飞跃,且与常规PCR相比,它具有特异性强、灵敏度高、重复性好、定量准确、速度快、全封闭反应等特点,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,成为了分子生物学研究中的重要工具。
关键词:实时定量PCR;基因扩增;分子生物学1971年Khorana等最早提出PCR理论:―DNA变性解链后与相应引物杂交,用DNA聚合酶延伸引物,重复该过程便可克隆tRNA 基因‖。
因当时基因序列分析方法尚未成熟、热稳定DNA聚合酶还未发现及寡聚核苷酸引物合成仍处于手工和半自动阶段,核酸体外扩增设想似乎不切实际,且Smith等已发现了DNA限制性内切酶,使体外克隆基因成为可能,Khorana 等的早期设想被忽视。
1985年Mullis等用大肠杆菌DNA聚合酶ⅠKlenow片段体外扩增哺乳动物单拷贝基因成功以及1988年Saiki等将耐热DNA聚合酶(Taq酶)引入PCR ,使扩增反应的特异性和效率大大提高,并简化了操作程序,最终实现了DNA扩增的自动化,迅速推动了PCR的应用和普及。
自从PCR技术问世便很快成为科研、临床诊断的热点技术。
但是传统PCR技术在应用中一是不能准确定量,二是容易交叉污染,产生假阳性。
直到1996年由美国Applied Biosystems公司推出的实时荧光定量PCR技术,上述问题才得到较好的解决[1]。
实时荧光定量PCR(real-timefluoro-genetic quantitative PCR,FQ-PCR)是通过对PCR扩增反应中每一个循环产物荧光信号的实时检测从而实现对起始模板定量及定性的分析。
在实时荧光定量PCR反应中,引入了一种荧光化学物质,随着PCR反应的进行,PCR反应产物不断累计,荧光信号强度也等比例增加。
每经过一个循环,收集一个荧光强度信号,这样就可以通过荧光强度变化监测产物量的变化,从而得到一条荧光扩增曲线图。
该技术不仅实现了对DNA模板的定量,而且具有灵敏度高、特异性和可靠性强、能实现多重反应、自动化程度高、无污染性、具实时性和准确性等特点,目前已广泛应用于分子生物学研究和医学研究等领域[2]。
1.实时荧光定量PCR技术概述1.1 实时荧光定量PCR原理1992年Higuchi等首次提出了采用动态PCR方法和封闭式检测方式对目的核酸数量进行定量分析[3],荧光探针技术是基于标记基团的FRET原理而实现的,当某个荧光基团的发射谱与另一个荧光基团的吸收光谱重叠,且两个基团距离足够近时,能量可以从短波长(高能量)的荧光基团传递到长波长(低能量)的荧光基团,相当于短波长荧光基团释放的荧光被屏蔽,这个过程称为FRET。
在探针5’端标记一个报告基团(R),在3’端标记一个淬灭基团(quencher,Q),两者距离很近时(7-10nm),报告基团发出的荧光能被淬灭基团所吸收,并依赖其较高的S/N比值(信-噪比, signal-to-noise ratio)和良好的辨别能力进行定量检测。
荧光扩增曲线扩增曲线可以分成三个阶段:荧光背景信号阶段,荧光信号指数扩增阶段和平台期[4]。
在荧光背景信号阶段,扩增的荧光信号被荧光背景信号所掩盖,无法判断产物量的变化。
而在平台期,扩增产物已不再呈指数级的增加。
PCR的终产物量与起始模板量之间没有线性关系,所以根据最终的PCR产物量不能计算出起始DNA拷贝数。
只有在荧光信号指数扩增阶段,PCR产物量的对数值与起始模板量之间存在线性关系,可以选择在这个阶段进行定量分析。
为了定量和比较的方便,在实时荧光定量PCR 技术中引入了两个非常重要的概念:荧光阈值和CT值。
荧光阈值是在荧光扩增曲线上人为设定的一个值,它可以设定在荧光信号指数扩增阶段任意位置上,但一般将荧光域值的缺省设置是3-15个循环的荧光信号的标准偏差的10倍。
每个反应管内的荧光信号到达设定的域值时所经历的循环数被称为CT值(threshold value)。
CT值与起始模板的关系研究表明,每个模板的CT值与该模板的起始拷贝数的对数存在线性关系,起始拷贝数越多,CT值越小。
利用已知起始拷贝数的标准品可作出标准曲线,其中横坐标代表起始拷贝数的对数,纵坐标代表Ct值。
因此,只要获得未知样品的Ct值,即可从标准曲线上计算出该样品的起始拷贝数。
1.2 常用实时荧光定量PCR分类1.2.1 实时荧光定量PCR荧光染料法实时荧光定量PCR荧光染料法包括非饱和染料SYBR Green法和饱和染料LC Green法[5]。
非饱和染料SYBR Green染料法定量成本低,方法简便,不需要设计探针,但是特异性低。
荧光染料能和任何dsDNA结合,因此它也能与非特异的dsDNA(如引物二聚体)结合,使实验容易产生假阳性信号。
引物二聚体的问题目前可以用带有熔解曲线(melting curve)分析的软件加以解决。
饱和染料LC Green法与SYBR染料法工作原理是一样的,但与传统的荧光染料SYBR Green相比有如下优点:LC Green染料在进行PCR 时可以以饱和的浓度加入,不会抑制PCR反应,而Sybr Green 染料浓度过高会抑制PCR反应。
从而,利用LC Green染料可以进行高分辨率熔解曲线分析。
在进行HRM分析时,由于饱和染料占据了DNA双链上每一对碱基上的空位,所以在双链解链时,染料立即与双链脱离,使得荧光信号发生较大的变化,而非饱和染料常发生位置上的迁移,从而对荧光信号没有大的影响。
除LC Green染料外,常用的染料还有Reso Light、Ever Green等,这些都是绿色荧光染料,最佳激发波长范围440-470nm,发射荧光波长470-520nm。
1.2.1 实时荧光定量PCR探针法实时荧光定量PCR寡核苷酸探针法包括TaqMan探针法和TaqMan -MGB探针法。
TaqMan 探针法技术原理是利用Taq酶的5’—3’外切酶活性,在传统PCR技术一对特异性引物的基础上增加了一条荧光双标记探针。
该探针可与上、下游引物之间的DNA模板序列特异性结合。
探针的5’端标以荧光报告基团,3’端标以荧光淬灭基团。
在PCR退火复性期,探针与DNA模板特异性结合。
在PCR延伸阶段,Taq酶在引物的引导下,沿着模板合成新链,当移动至探针结合的位置时便发挥其5’—3’外切酶活性将探针降解成单核苷酸,使得荧光报告基团与淬灭基团分离,前者的荧光信号释放并被检测。
因此,每合成一条新链就有一个探针被裂解并释放出一个荧光信号。
荧光信号强度与PCR产物量相对应。
MGB探针与传统的TaqMan探针比较,有很大的优势。
它可以使探针的长度缩短,尤其对AT 含量高的序列的MGB探针的设计有很大的帮助;同时可以提高配对与非配对模板间的Tm值差异;由于在探针的3’端的Quencher基团为不发光的荧光基团,并且与Report基团在空间的位置更接近,使杂交的稳定性大大提高,实验的结果更精确,分辨率更高,可以进行SNP分析。
MGB探针实验步骤简单,使杂交的重复性大大提高。
1.3 实时荧光定量PCR定量方法在实时荧光PCR中,模板的定量有两种方法:绝对定量和相对定量。
绝对定量指用已知的标准曲线来推算未知的样本量;相对定量指在一定样品中靶序列相对于另一参照序列的量的变化。
由于每个模板的CT值与该模板的起始拷贝数的对数存在线性关系,利用已知起始DNA浓度的标准品可做出标准曲线。
1.3.1绝对定量法该方法是利用标准品作一条标准曲线,通过标准曲线对样本进行定量。
绝对定量标准品一般是用质粒DNA或是PCR扩增产物等制备的。
标准品的量根据260nm的吸光度值计算得出。
由于样本的浓度完全是通过标准曲线来确定,所以合适的标准品是定量准确的关键。
一方面标准品与未知样本应具有一致的扩增效率,另一方面标准品的定量必须准确。
这就要求标准品的扩增序列与样本完全一致,制备的标准品纯度要高,不应含有影响定量的因素如Dnase、标准品与未知样本各自反应体系内的干扰因素要一致等。
该方法的优点就是测定范围很广(10~1010拷贝),结果可直接通过软件得出,不需额外计算。
1.3.2相对定量法相相对定量是指在测定目的基因的同时测定某一内源性管家基因,该管家基因主要是用于核苷酸的拷贝数的比较、反映反应体系内是否存在PCR扩增的影响因素,通常选用的管家基因有GAPDH、β-2微球蛋白和rRNA[6]。
使用的β-actin、相对定量较为早期的方法是用一系列已知外参物做标准曲线,根据该标准曲线得到目的基因和管家基因的量,再将目的基因同管家基因的比值作为定量的最后结果。
此种方法计算出未知样品的量是相对于某个参照物的量而言,因此,相对定量的标准曲线比较容易制备,对于所用的标准品只需知道其稀释度即可。
在整个试验中,待测样品的量来自于标准曲线,最终必须除以参照基因的量,即参照基因是1×的样本,其他的样本为参照基因的n倍。
由于管家基因在各种组织中的恒定表达,所以可用管家基因的量来作为标准,以比较来源不同的样本,目的基因表达量的差异,此即相对定量。
这一方法的缺陷是要求外参、目的基因和管家基因的扩增效率一致;此外加入已知起始拷贝数的内标相当于是进行双重PCR反应,存在两种模板相互的干扰和竞争[7]。
1.3.3相对定量反应循环值(C t)比较法即ΔCT值法,该方法是同时扩增待测靶基因片段和一个作为内参照的基因片段,一般是一个内源性管家基因片段。
这两个扩增反应可在2管中分别进行,也可在同一反应管中进行,测得两者的CT值之差,即ΔCT。
该方法不需要标准曲线。
它是根据PCR扩增反应的原理,假设每个循环增加倍的产物数量PCR反应的指数期得到扩增产物的值来反映起始模板的量通过数学公式来计算相对量。
比较C t法与标准曲线法的相对定量的不同之处在于其运用了数学公式来计算相对量,前提是假设每个循环增加一倍的产物数量,在PCR反应的指数期得到C t值来反应起始模板的量,一个循环(C t=1)的不同相当于起始模板数2倍的差异。
比较不同待测标本DNA的ΔCT值与正常标本DNA的ΔCT值的变化,即可对未知标本靶基因的原始拷贝数作出判断,从而对病理状态进行判断或诊断。