核酸分子杂交-七年制
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优点 吸附力强(共价结合)、机械性能好(不易破碎、可重复使用)
缺点 对蛋白具有高度亲和力,不宜使用于非同位素探针;
杂交信号的本底也高。
3、PVDF膜(聚二氟乙烯): 1. 与尼龙膜相似 2. 其疏水性碳氟化合物可加强与核酸中磷酸成分的
离子反应,而比尼龙膜结合力更强 3. 且在预杂交中很容易被封闭 4. 杂交本底低 5. 结实耐用,可多次杂交。
与Southern blotting hybridization不同之处:
➢ 不需要限制性核酸内切酶酶切。 ➢ 变性方法不是碱变性,而是采用聚乙二醛和二甲基亚砜、
甲醛、甲基氢氧化汞等方法。
应用:
➢ 检测某一组织或细胞中已知的特异mRNA的表达水平。 ➢ 比较不同组织或细胞的同一基因的表达情况。
GEF mRNA
➢检测对象: 克隆化的基因组DNA,、细胞总DNA、总RNA。 杂交方法不同,被检测的核酸可以是提纯的,也可以在细胞 内杂交, 即细胞原位杂交。
➢核酸分子杂交特点:高度的灵敏性(pg) 、高度的特异性
➢应用:克隆基因的筛选、酶切图谱的制作、基因组中特定 基因序列的定性、定量检测和疾病的诊断等方面。目前核酸 分子杂交不仅在分子生物学领域中具有广泛地应用, 而且在 临床基因诊断上的应用也日趋增多。
核酸分子杂交-七年制
• 核酸分子杂交(nucleic acid molecular hybridization) 是指用标记的已知DNA或RNA片段检测样品中 未知核酸序列,通过碱基互补配对原则发生同 源性结合,再经显影或显色的方法,将结合的 核酸序列的位置或大小显示出来。
• 探针( probe ):带有可检测标记的已知序列的 DNA或RNA片段。
常用的探针标记法:
(1)化学标记法:光敏生物素标记法
(2)酶促标记法: 将标记物预先标记在核苷酸分子上,然后
利用酶学的方法将标记物掺入到探针分子上。 切刻平移法、随机引物法、末端标记法等
(1)化学标记法:通过分子上的活性基团直接将标
记物结合到核酸分子上.
光敏生物素标记法:强光10-20分钟,光敏基团与核酸探针的
磷酸基团以共价键结合。
(2)酶促标记法: 将标记物预先标记在核苷酸分子上,然后利用酶学的 方法将标记物掺入到探针分子上。 缺口平移法、随机引物法、末端标记法等
32P或35S同位素标记 的单核苷酸
dig-dUTP的结构
(1)缺口平移法(nicktranslation)
由DNA酶Ⅰ和大肠 杆菌DNA聚合酶Ⅰ 共同完成。
pancreas kidney skeletal liver lung placenta brain heart
muscle
Southern blotting hybridization
Dot and slot blotting hybridization
将变性后的DNA或RNA直接点样与膜上
优点:简单、迅速(直接点样); 可在同一张膜上进行多个样品的检测;
➢DNA模板中的抑制物如琼脂糖会抑制酶的活性, 故应使 用仔细纯化后的DNA。
(2)随机引物法 (random priming)
随机引物(4-6nt):含 有各种可能排列顺序的寡 核苷酸片段的混合物。
46=4096
DNA聚合酶ⅠKlenow片段:
5’→3’DNA聚合酶活性
弱3’→5’外切核酸酶活性
甲酰胺是一种变性剂,能干扰碱基堆积力和氢键的形成,
– M为Na+摩尔浓降度低,核n酸为杂探交针的的T复m值杂,性50%的甲酰胺可以使Tm降低30℃
例如,一个长度为500bp的探针,(G+C)含量为 50%,杂交体系中含5 X SSC(0.75mol/L Na+)和50% 甲酰胺,则其Tm值为:
Tm=81.5℃ + (-2.07) + 20.5 – 1 – 30.5=68.4 ℃ –50%甲酰胺溶液, 温度一般选择低于 Tm值20-25℃ –杂交温度应:68.4 ℃ - 25 ℃=43.2 ℃
及洗膜过程DNA会慢慢脱离硝纤膜而使杂交信号下降 ②对小分子量的DNA片段(<200bp)结合能力不强 ③靠高盐与DNA结合,故不适用于电转移 ④易破碎
2、尼龙膜:
①对单链和双链DNA及RNA的结合能力达到350-500μg/cm2。 ②对小分子量的核酸片段也有较强的结合能力。 ③ 真空干烤或紫外交联,核酸与膜以共价结合。
常用的固相支持物
硝酸纤维膜、尼龙膜、PVDF膜等
1、硝酸纤维膜:
①是目前使用最多的固相支持物,对单链DNA具有较强的吸附作用, RNA经过一些特殊的变性剂处理后,也易于结合到此膜上
②在高盐浓度下,其结合能力80-100μg/cm2 ③吸附的单链DNA或RNA在真空干烤后依靠疏水作用而吸附在膜上
优点 杂交信号本底较低 缺点 ①由于是靠疏水作用结合DNA,这种结合并不十分牢固,随杂交
无5’→3’外切核酸酶活性
➢产物平均长度为400-600个核苷酸。
➢Klenow片段没有5 ’ →3’外切酶活性, 反应稳定, 可以获 得大量的有效探针。
➢反应时对模板的要求不严格, 用微量制备的质粒DNA模 板也可进行反应。
(3)探针的末端标记:在5’或3’端通过酶促反应加上标记物
• DNA聚合酶ⅠKlenow片段标记法
DNA酶Ⅰ:在双链 DNA上随机打开若 干个单链缺口,产 生3’-OH端
大肠杆菌DNA聚合 酶Ⅰ:5’→3’DNA聚 合酶活性; 5’→3’ 外切核酸酶活性
“边切除、边聚合”
➢最合适的缺口平移片段一般为50-500个核苷酸。
➢DNA酶Ⅰ的用量和E.coli DNA聚合酶Ⅰ的质量会影响产 物片段的大小。
固相杂交
液相杂交
膜上印迹杂交
核酸原位杂交
一、膜上印迹杂交
指将待测核酸序列结合到一定的支持物上,然后与 存在于液相中的核酸探针进行杂交的过程。 印迹技术:将凝胶中待测的核酸分子转移到一定
的固相支持物上的方法。
1.固相支持物的选择
特点: 较强的结合核酸的能力(>10μg/cm2);
与核酸分子结合后,不影响核酸与探针的杂交反应; 与核酸分子的结合稳定、牢固,能经受杂交、洗膜等; 非特异性吸附少,经洗膜能将非特异性吸附的探针洗脱掉; 具有良好的机械性能,柔软性好、韧性强,便于操作。
Vacuum blotting 30~60分钟
–more efficient and quantitative than capillary –must apply vacuum evenly and not too strongly
3.印迹类型
• Southern印迹杂交 • Northern印迹杂交 • 斑点及狭缝印迹杂交 • 反向斑点杂交 • 菌落或噬菌斑杂交
•Southern印迹杂交的应用:
➢ 检测靶分子为DNA, ➢ 检测靶分子是否
含有目的基因。 ➢DNA指纹图谱
Northern blotting hybridization
检测靶分子为RNA
RNA极易被 RNase 降解 RNA酶抑制剂
0.1%DEPC处理水 (焦碳酸二乙酯)
Northern blotting hybridization
应用:同一种样品经不同倍数的稀释, 可以得到半定量的结果; 核酸粗提样品的检测效果也较好。
Reverse dot hybridization
直接将不同的探针点印并固定在膜上,再将待测 的DNA样品与探针杂交,这样一次杂交反应就可以判 断DNA是否含有这些探针的同源序列。
Southern Blotting hybridization
Spin
Phenol Chloro
Prot K
SDS
tissue
提取DNA 限制性内切酶消化
放射自显影
Paper Towels
琼 脂 糖 凝 胶 电 泳
碱变性、转移到NC膜
与DNA或RNA探针杂交
Prehyb/Hybridization/Rinses
常用的封闭物: (1)变性的非特异性DNA:如鲑鱼精DNA、小牛胸腺DNA, 又称为覆盖DNA。 (2)高分子化合物:Denhardt溶液,包括聚乙烯吡咯酮、小 牛血清白蛋白、聚蔗糖400 、脱脂奶粉
基本实验步骤:
electrophoresis
Transfer Block
hybridization
影响核酸分子杂交的因素
•探针的浓度、长度、复杂性 •离子强度 •温度与变性剂(甲酰胺) •杂交条件的严谨性
5’
3’
5’
3’
3’
5’
3’
Βιβλιοθήκη Baidu
5’
预杂交prehybridization
概念:为了减少探针与广泛存在的非互补核酸的非特异 性结合,在杂交前用封闭物将这些非特异性位点封闭。 这一杂交前的处理过程称为预杂交。
常用的固相支持物:
硝酸纤维膜(NC)、尼龙膜、PVDF膜(聚二氟乙烯膜)等
固相支持物的选择
良好的固相支持物应具备的条件:
➢ 具有较强的结合核酸分子的能力(>10μg/cm2) ➢ 与核酸分子结合后不影响其与探针分子的杂交反应 ➢ 与核酸分子结合牢固 ➢ 非特异性吸附少 ➢ 具有良好的机械性,柔软性好、韧性强,便于操作
2.印迹方法 Mechanics of transfer
Blot DNA to membrane
✓虹吸印迹法(Capillary) ✓真空转移法(Vacuum) ✓电转移法(Electrophoretic)
Capillary Blotting (upward) no special equipment required!
1975年 E. Southern Southern DNA 印迹转移技术
DNA片段<1kb,1小时 DNA片段>15kb,18小时
Electrophoretic blotting
一般2~3小时, 最多6 ~8小时
不宜用硝酸 纤维素膜
especially good for small fragments resolved by PAGE
• T4 DNA聚合酶标记法
酶切
• 末端脱氧核苷酸转移酶标记法
• T4多核苷酸激酶标记法
核酸探针检测方法
同位素标记探针:放射自显影检测杂交信号
放射自显影是指利用放射线在x线片的成影作用来 检测杂交信号。
取出杂交膜,在Whatman滤纸上晾干,用保鲜膜 包好,在暗室中置于X线片上,加增感屏,固定于暗盒 内,-70℃曝光适当时间(1-7天),在暗室中取出X线 片,显影、定影,即可在X线片上读出杂交带。
Migration
blocksubstrate probe
第二节 核酸探针
probe:带有可检测标记的已知DNA或RNA片段, 用于检测待测样品中的靶核酸序列。
➢ 核酸探针的类型 ➢ 核酸探针的标记方法 ➢ 核酸探针的检测
核酸探针的类型
按化学本质分:DNA探针 RNA探针
按标记物分:放射性标记探针 3H、32P、35S、125I等 优点:高特异性,高灵敏度 缺点:存在放射性污染,半衰期短 非放射性标记探针 生物素,地高辛、荧光素等
非放射性标记探针:偶联反应+显色反应
Dig:半抗原,可通过抗原抗体反应系统与显色体系偶联
Dig-DNA探针
+
抗Dig抗体-碱性磷酸酶(AP) 或辣根过氧化物酶(HRP)
+
底物 :BCIP+NBT 蓝紫色 或 DAB 红棕色; TMB 蓝色
第三节 核酸分子杂交技术
核酸分子杂交的分类
核酸分子杂交 ↓
Tm=4 ℃ X(G + C)+ 2℃ X(A + T)
融解温度:50%杂 化核酸分子解链温 度称为寡核苷酸探 针的Tm值。
寡核苷酸探针的长 度、碱基的含量和 核酸的序列决定了 探针的Tm值。
实际操作中,常选 择低于Tm值5-10℃ 进行杂交。
杂交温度:
– Tm=81.5℃ + 161.6logM + 0.41(G + C)% - 500/n - 0.61(甲酰胺%)
第一节 核酸分子杂交的基本原理
一、变性(denaturation) 二、复性(renaturation) 三、杂交(hybridization) 四、预杂交(prehybridization)
基本原理:DNA变性、复性与分子杂交
Hybridization
Tm :50%DNA解链的温度,又称融解温度。 (G、C含量)Tm = 69.3 + 0.41*(G +C) %
Southern blotting hybridization
提取DNA
检测靶分子为DNA, 检测靶分 子是否含有目的基因。
可用于 基因组基因的定性及定量分析、 克隆基因的酶切图谱分析、 基因突变分析等。
限制性内切酶消化 琼脂糖凝胶电泳 碱变性
转移到NC膜,高温烘烤
预杂交
与DNA或RNA探针杂交
放射自显影
缺点 对蛋白具有高度亲和力,不宜使用于非同位素探针;
杂交信号的本底也高。
3、PVDF膜(聚二氟乙烯): 1. 与尼龙膜相似 2. 其疏水性碳氟化合物可加强与核酸中磷酸成分的
离子反应,而比尼龙膜结合力更强 3. 且在预杂交中很容易被封闭 4. 杂交本底低 5. 结实耐用,可多次杂交。
与Southern blotting hybridization不同之处:
➢ 不需要限制性核酸内切酶酶切。 ➢ 变性方法不是碱变性,而是采用聚乙二醛和二甲基亚砜、
甲醛、甲基氢氧化汞等方法。
应用:
➢ 检测某一组织或细胞中已知的特异mRNA的表达水平。 ➢ 比较不同组织或细胞的同一基因的表达情况。
GEF mRNA
➢检测对象: 克隆化的基因组DNA,、细胞总DNA、总RNA。 杂交方法不同,被检测的核酸可以是提纯的,也可以在细胞 内杂交, 即细胞原位杂交。
➢核酸分子杂交特点:高度的灵敏性(pg) 、高度的特异性
➢应用:克隆基因的筛选、酶切图谱的制作、基因组中特定 基因序列的定性、定量检测和疾病的诊断等方面。目前核酸 分子杂交不仅在分子生物学领域中具有广泛地应用, 而且在 临床基因诊断上的应用也日趋增多。
核酸分子杂交-七年制
• 核酸分子杂交(nucleic acid molecular hybridization) 是指用标记的已知DNA或RNA片段检测样品中 未知核酸序列,通过碱基互补配对原则发生同 源性结合,再经显影或显色的方法,将结合的 核酸序列的位置或大小显示出来。
• 探针( probe ):带有可检测标记的已知序列的 DNA或RNA片段。
常用的探针标记法:
(1)化学标记法:光敏生物素标记法
(2)酶促标记法: 将标记物预先标记在核苷酸分子上,然后
利用酶学的方法将标记物掺入到探针分子上。 切刻平移法、随机引物法、末端标记法等
(1)化学标记法:通过分子上的活性基团直接将标
记物结合到核酸分子上.
光敏生物素标记法:强光10-20分钟,光敏基团与核酸探针的
磷酸基团以共价键结合。
(2)酶促标记法: 将标记物预先标记在核苷酸分子上,然后利用酶学的 方法将标记物掺入到探针分子上。 缺口平移法、随机引物法、末端标记法等
32P或35S同位素标记 的单核苷酸
dig-dUTP的结构
(1)缺口平移法(nicktranslation)
由DNA酶Ⅰ和大肠 杆菌DNA聚合酶Ⅰ 共同完成。
pancreas kidney skeletal liver lung placenta brain heart
muscle
Southern blotting hybridization
Dot and slot blotting hybridization
将变性后的DNA或RNA直接点样与膜上
优点:简单、迅速(直接点样); 可在同一张膜上进行多个样品的检测;
➢DNA模板中的抑制物如琼脂糖会抑制酶的活性, 故应使 用仔细纯化后的DNA。
(2)随机引物法 (random priming)
随机引物(4-6nt):含 有各种可能排列顺序的寡 核苷酸片段的混合物。
46=4096
DNA聚合酶ⅠKlenow片段:
5’→3’DNA聚合酶活性
弱3’→5’外切核酸酶活性
甲酰胺是一种变性剂,能干扰碱基堆积力和氢键的形成,
– M为Na+摩尔浓降度低,核n酸为杂探交针的的T复m值杂,性50%的甲酰胺可以使Tm降低30℃
例如,一个长度为500bp的探针,(G+C)含量为 50%,杂交体系中含5 X SSC(0.75mol/L Na+)和50% 甲酰胺,则其Tm值为:
Tm=81.5℃ + (-2.07) + 20.5 – 1 – 30.5=68.4 ℃ –50%甲酰胺溶液, 温度一般选择低于 Tm值20-25℃ –杂交温度应:68.4 ℃ - 25 ℃=43.2 ℃
及洗膜过程DNA会慢慢脱离硝纤膜而使杂交信号下降 ②对小分子量的DNA片段(<200bp)结合能力不强 ③靠高盐与DNA结合,故不适用于电转移 ④易破碎
2、尼龙膜:
①对单链和双链DNA及RNA的结合能力达到350-500μg/cm2。 ②对小分子量的核酸片段也有较强的结合能力。 ③ 真空干烤或紫外交联,核酸与膜以共价结合。
常用的固相支持物
硝酸纤维膜、尼龙膜、PVDF膜等
1、硝酸纤维膜:
①是目前使用最多的固相支持物,对单链DNA具有较强的吸附作用, RNA经过一些特殊的变性剂处理后,也易于结合到此膜上
②在高盐浓度下,其结合能力80-100μg/cm2 ③吸附的单链DNA或RNA在真空干烤后依靠疏水作用而吸附在膜上
优点 杂交信号本底较低 缺点 ①由于是靠疏水作用结合DNA,这种结合并不十分牢固,随杂交
无5’→3’外切核酸酶活性
➢产物平均长度为400-600个核苷酸。
➢Klenow片段没有5 ’ →3’外切酶活性, 反应稳定, 可以获 得大量的有效探针。
➢反应时对模板的要求不严格, 用微量制备的质粒DNA模 板也可进行反应。
(3)探针的末端标记:在5’或3’端通过酶促反应加上标记物
• DNA聚合酶ⅠKlenow片段标记法
DNA酶Ⅰ:在双链 DNA上随机打开若 干个单链缺口,产 生3’-OH端
大肠杆菌DNA聚合 酶Ⅰ:5’→3’DNA聚 合酶活性; 5’→3’ 外切核酸酶活性
“边切除、边聚合”
➢最合适的缺口平移片段一般为50-500个核苷酸。
➢DNA酶Ⅰ的用量和E.coli DNA聚合酶Ⅰ的质量会影响产 物片段的大小。
固相杂交
液相杂交
膜上印迹杂交
核酸原位杂交
一、膜上印迹杂交
指将待测核酸序列结合到一定的支持物上,然后与 存在于液相中的核酸探针进行杂交的过程。 印迹技术:将凝胶中待测的核酸分子转移到一定
的固相支持物上的方法。
1.固相支持物的选择
特点: 较强的结合核酸的能力(>10μg/cm2);
与核酸分子结合后,不影响核酸与探针的杂交反应; 与核酸分子的结合稳定、牢固,能经受杂交、洗膜等; 非特异性吸附少,经洗膜能将非特异性吸附的探针洗脱掉; 具有良好的机械性能,柔软性好、韧性强,便于操作。
Vacuum blotting 30~60分钟
–more efficient and quantitative than capillary –must apply vacuum evenly and not too strongly
3.印迹类型
• Southern印迹杂交 • Northern印迹杂交 • 斑点及狭缝印迹杂交 • 反向斑点杂交 • 菌落或噬菌斑杂交
•Southern印迹杂交的应用:
➢ 检测靶分子为DNA, ➢ 检测靶分子是否
含有目的基因。 ➢DNA指纹图谱
Northern blotting hybridization
检测靶分子为RNA
RNA极易被 RNase 降解 RNA酶抑制剂
0.1%DEPC处理水 (焦碳酸二乙酯)
Northern blotting hybridization
应用:同一种样品经不同倍数的稀释, 可以得到半定量的结果; 核酸粗提样品的检测效果也较好。
Reverse dot hybridization
直接将不同的探针点印并固定在膜上,再将待测 的DNA样品与探针杂交,这样一次杂交反应就可以判 断DNA是否含有这些探针的同源序列。
Southern Blotting hybridization
Spin
Phenol Chloro
Prot K
SDS
tissue
提取DNA 限制性内切酶消化
放射自显影
Paper Towels
琼 脂 糖 凝 胶 电 泳
碱变性、转移到NC膜
与DNA或RNA探针杂交
Prehyb/Hybridization/Rinses
常用的封闭物: (1)变性的非特异性DNA:如鲑鱼精DNA、小牛胸腺DNA, 又称为覆盖DNA。 (2)高分子化合物:Denhardt溶液,包括聚乙烯吡咯酮、小 牛血清白蛋白、聚蔗糖400 、脱脂奶粉
基本实验步骤:
electrophoresis
Transfer Block
hybridization
影响核酸分子杂交的因素
•探针的浓度、长度、复杂性 •离子强度 •温度与变性剂(甲酰胺) •杂交条件的严谨性
5’
3’
5’
3’
3’
5’
3’
Βιβλιοθήκη Baidu
5’
预杂交prehybridization
概念:为了减少探针与广泛存在的非互补核酸的非特异 性结合,在杂交前用封闭物将这些非特异性位点封闭。 这一杂交前的处理过程称为预杂交。
常用的固相支持物:
硝酸纤维膜(NC)、尼龙膜、PVDF膜(聚二氟乙烯膜)等
固相支持物的选择
良好的固相支持物应具备的条件:
➢ 具有较强的结合核酸分子的能力(>10μg/cm2) ➢ 与核酸分子结合后不影响其与探针分子的杂交反应 ➢ 与核酸分子结合牢固 ➢ 非特异性吸附少 ➢ 具有良好的机械性,柔软性好、韧性强,便于操作
2.印迹方法 Mechanics of transfer
Blot DNA to membrane
✓虹吸印迹法(Capillary) ✓真空转移法(Vacuum) ✓电转移法(Electrophoretic)
Capillary Blotting (upward) no special equipment required!
1975年 E. Southern Southern DNA 印迹转移技术
DNA片段<1kb,1小时 DNA片段>15kb,18小时
Electrophoretic blotting
一般2~3小时, 最多6 ~8小时
不宜用硝酸 纤维素膜
especially good for small fragments resolved by PAGE
• T4 DNA聚合酶标记法
酶切
• 末端脱氧核苷酸转移酶标记法
• T4多核苷酸激酶标记法
核酸探针检测方法
同位素标记探针:放射自显影检测杂交信号
放射自显影是指利用放射线在x线片的成影作用来 检测杂交信号。
取出杂交膜,在Whatman滤纸上晾干,用保鲜膜 包好,在暗室中置于X线片上,加增感屏,固定于暗盒 内,-70℃曝光适当时间(1-7天),在暗室中取出X线 片,显影、定影,即可在X线片上读出杂交带。
Migration
blocksubstrate probe
第二节 核酸探针
probe:带有可检测标记的已知DNA或RNA片段, 用于检测待测样品中的靶核酸序列。
➢ 核酸探针的类型 ➢ 核酸探针的标记方法 ➢ 核酸探针的检测
核酸探针的类型
按化学本质分:DNA探针 RNA探针
按标记物分:放射性标记探针 3H、32P、35S、125I等 优点:高特异性,高灵敏度 缺点:存在放射性污染,半衰期短 非放射性标记探针 生物素,地高辛、荧光素等
非放射性标记探针:偶联反应+显色反应
Dig:半抗原,可通过抗原抗体反应系统与显色体系偶联
Dig-DNA探针
+
抗Dig抗体-碱性磷酸酶(AP) 或辣根过氧化物酶(HRP)
+
底物 :BCIP+NBT 蓝紫色 或 DAB 红棕色; TMB 蓝色
第三节 核酸分子杂交技术
核酸分子杂交的分类
核酸分子杂交 ↓
Tm=4 ℃ X(G + C)+ 2℃ X(A + T)
融解温度:50%杂 化核酸分子解链温 度称为寡核苷酸探 针的Tm值。
寡核苷酸探针的长 度、碱基的含量和 核酸的序列决定了 探针的Tm值。
实际操作中,常选 择低于Tm值5-10℃ 进行杂交。
杂交温度:
– Tm=81.5℃ + 161.6logM + 0.41(G + C)% - 500/n - 0.61(甲酰胺%)
第一节 核酸分子杂交的基本原理
一、变性(denaturation) 二、复性(renaturation) 三、杂交(hybridization) 四、预杂交(prehybridization)
基本原理:DNA变性、复性与分子杂交
Hybridization
Tm :50%DNA解链的温度,又称融解温度。 (G、C含量)Tm = 69.3 + 0.41*(G +C) %
Southern blotting hybridization
提取DNA
检测靶分子为DNA, 检测靶分 子是否含有目的基因。
可用于 基因组基因的定性及定量分析、 克隆基因的酶切图谱分析、 基因突变分析等。
限制性内切酶消化 琼脂糖凝胶电泳 碱变性
转移到NC膜,高温烘烤
预杂交
与DNA或RNA探针杂交
放射自显影