DNA聚合酶与引物/模板的相互作用对PCR效率的影响

PCR是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法,引物的优劣直接关系到PCR的特异性与成功与否。传统的PCR引物设计软件基本上忽略了DNA聚合酶与引物/模板的亲和性对PCR效率的影响。为揭示DNA聚合酶与引物/模板的相互作用是否对PCR的效率有影响,通过构建Taq DNA 聚合酶与不同序列引物/模板DNA相互作用的三维结构模型,采用MM/GBSA方法计算复合物的结合自由能,以结合自由能为参数,为人血清白蛋白基因(Human Serum Albumin gene,HSA gene)和结核杆菌pyrF基因(Mycobacterium tuberculosis pyrF gene)设计了PCR引物。PCR实验结果表明,引物的PCR效率与结合自由能相关：引物与聚合酶的结合自由能越低,PCR实验的效率相对越高。这说明DNA聚合酶与引物/模板的相互作用对PCR效率有重要影响。因此,引物/模板DNA与聚合酶的结合自由能可以作为PCR引物设计的新参数。     

聚合酶链反应及其在病毒学工作中的应用

聚合酶链反应(Polymerase Chain reaction,PCR)又称体外基因放大技术,是一种在体外将特异性DNA序列进行高效扩增的方法。DNA或RNA均可作为模板(template),进行扩增。由于逆转录酶的作用,将mRNA转化为cDNA。模板DNA热变性解链,两个寡核苷酸引物(oligonucleotide primers)分别连结在待扩增的DNA片段两侧。在DNA     

单分子PCR技术及其应用

常规PCR技术大都以大量DNA分子(一般为105个以上)为模板进行DNA扩增。新近发展起来的单分子PCR技术是一种以极少量DNA分子(1、5或10个分子)为模板进行扩增的技术。在高保真度DNA聚合酶作用下,单分子PCR技术能扩增出高度一致的DNA;在低保真度DNA聚合酶作用下,单分子PCR技术又能构建出含有大量突变基因的DNA库。该将介绍单分子PCR的基本原理、实验步骤、特点及其应用。     

通过PCR进行长片段DNA的合成

利用PCR合成DNA长片段(Synthesis Large Frament DNA using PCR,SLFD PCR)是一种有效的合成长片段DNA的方法。采用一段已知的500～600bp碱基的DNA片段为PCR模板,根据所要合成的DNA序列可以设计一系列的PCR引物,这些引物都位于模板DNA的5’端,长度为50～60bp,且从5’到3’方向顺序重叠,重叠碱基数目为12～15,全部引物叠加所得到的DNA正是自己所要合成的DNA。这组引物中最3’端的一条含有一个BamH Ⅰ酶切位点,在该位点后面有15碱基与模板DNA5’端一致的序列。另外还设计一条与该模板匹配的下游引物,引物内也含有一个BamH Ⅰ酶切位点。首先采用5’端最右侧的引物与下游引物进行PCR,在PCR进行10个循环后,以此次PCR的产物为下一轮PCR的模板,该轮PCR采用右侧倒数第二个引物为上游引物,下游引物保持不变。采用类似的方法,完成所有的PCR循环,就可以得到所需要合成的DNA长片段。该方法尤其适合100～200碱基左右的长片段DNA的快速合成与克隆。     

PCR-mtDNA技术鉴别检测不同动物肌肉组织和饲料中鸭源性成分

以鸭肌肉组织DNA为模板,利用PCR-mtDNA技术成功克隆出了鸭mtDNA COIII基因(GenBank Accession No.DQ655706).对所克隆的序列分析表明.其序列包括鸭细胞色素C氧化酶III(COIII)基因全序列784 bp,通过同源性分析可知,动物的线粒体DNA COIII基因是相对保守的,利用此特性设计PCR-mtDNA方法鉴别检测鸭源性成分的特异性引物;以各种动物肌肉组织及饲料DNA为模板进行PCR扩增、经反复验证筛选出只能扩增出鸭DNA的目的片段,而不能扩增出其他动物DNA片段的特异性强、稳定性好的引物P3、P4;利用此引物PCR扩增鸭DNA的特异性片段为226 bp,对PCR产物进行测序分析可知与已克隆的鸭mtDNA COIII基因同源性达到100%,证明了所筛选引物的准确性.通过对不同含量的DNA模板溶液进行PCR扩增的方法,对筛选出的特异性引物P3、P4进行灵敏度试验,结果分析表明灵敏度约为0.001%,证明该PCR方法具有特异性强、灵敏度高的特点,完全可作为鉴别不同动物肌肉组织和饲料中鸭源性成分的方法.     

利用PCR技术鉴定河豚鱼的探索

目的:利用聚合酶链反应(PCR)技术,建立鱼类制品中河豚鱼成分的分子生物学鉴定方法,弥补河豚鱼形态学鉴定的缺陷。方法:通过阅读文献,确定河豚鱼鉴定的靶基因并筛选特异性引物,提取河豚鱼DNA,优化PCR反应条件,扩增河豚鱼特异性DNA片段,并通过DNA电泳显示特异性扩增的DNA条带。结果:选择细胞色素氧化酶亚基Ⅰ(COⅠ)作为河豚鱼成分鉴定的靶基因,PCR最佳反应条件是退火温度68℃,镁离子浓度2.0 mmol/L,DNA模板加入量0.07～0.1μg。河豚鱼特异性引物具有较好的特异性,与市场上常见的鲤鱼、草鱼等水产品无交叉反应。结论:所建立的PCR方法可以有效鉴定鱼类制品中河豚鱼成分。     

聚合酶链反应（PCR）对未知序列DNA的扩增技术

聚合酶链反应(Polymerase Chain Reaction, PCR)是由引物介导,在体外将特异性DNA序列利用酶促作用进行扩增的方法。双链DNA热变性,然后在低温下与引物退火,再在中等温度下进行延伸,三步为一循环。一般经30～35次循环,很容易将目的基因或DNA片段特异地扩增至少10~6～10~7倍。它已是分子生物学研究中常用的、不可缺少的一项基本技术。但常规PCR需在待扩增的已知序列两端分别设计两个寡核苷酸引物,也就     

MethyScan：一种甲基化特异性PCR引物设计及评估工具

DNA甲基化是重要的表观遗传现象,对基因表达发挥重要调控功能.大量研究表明,基因DNA甲基化是重要的临床诊断生物标志物.在临床上,实施快速、准确的DNA甲基化状态检测是诊断应用的前提和关键.甲基化特异性PCR(methylation specific PCR,MSP)通过将两种引物与甲基化、非甲基化模板各自特异性结合和扩增,实现基因甲基化状态的区分,是切实可行、简单便捷的临床诊断实验技术.但是,不同于常规PCR,MSP主要存在如何强化引物-甲基化/非甲基化模板特异性结合、降低引物序列Tm值差异、去除假阳性扩增及提高敏感性等四大难点.尽管大多数MSP引物设计软件对上述难题都提出了各自解决办法,但在引物设计影响因素考虑、设计与评估并行处理及特异性扩增预测等方面仍然存在较大缺陷.为此,本研究通过对MethPrimer、MSPPrimer、MethBlast、BiSearch等现有MSP引物设计软件原理的深入探究,以及对Bowtie、SAMtools和BEDTools等工具的有效综合整合,基于图形库Matplotlib和第三方Python功能库BioPython与Primer3-py实现了具有系列优点的甲基化特异性PCR引物设计与评估可视化工具MethyScan.它具有引物设计、基因组索引、引物评估等三大完整功能模块,不仅可快速进行MSP引物设计,实现巢式(Nested)引物适配,还可基于4种基因组碱基转换模板分析引物结合信息,图形化展示非特异性扩增与目的片段差异,从而综合评估引物特异性-非特异性扩增.同时,对食管癌、结直肠癌等多种恶性肿瘤中6个潜在生物标志物TFPI-2、NDRG4、CDKN2A、CD44、CASP8和SDHD的甲基化引物设计对比结果表明,MethyScan不仅可获得更多CpG位点的检测引物,而且所获得MSP引物位置与其他软件结果相同或相近,且引物间Tm值差值更小.总之,作为首个图形化展示特异性-非特异性扩增差异MSP引物设计工具,MethyScan可有效提高甲基化引物设计准确性,为临床DNA甲基化检测项目开展、检测试验实施及诊断试剂盒研发提供有力支撑.MethyScan工具下载地址:https://github.com/bioinfo-ibms-pumc/MethyScan.     

快速检查寡聚DNA片段序列的方法

以质粒为模板,用待测寡聚DNA片段和通用测序引物进行PCR（聚合酶链式反应）,PCR片段经纯化后插入到pUC－18或pUC－19的多克隆位点中,然后用通用测序引物测定重组质粒上待测寡聚DNA片段,即可清晰、正确地知道它的序列．     

纵纹腹小鸮DNA指纹谱探针的筛选和初步应用

以人工合成的微卫星序列 (GTG) 5,(GT) 8,(CAC) 5和人源小卫星 33 1 5作引物 ,扩增纵纹腹小的基因组DNA ,产生多态性DNA片段 ,回收了 8个表现个体特异性的片段。当用小的基因组总DNA探针与它们杂交时 ,其中 2个表现阳性 ,说明PCR方法扩增出的高变异产物含有重复序列。用含重复序列的个体特异性PCR产物作探针 ,与无关个体小基因组DNA的HaeⅢ酶切产物进行DNA印迹 ,获得了变异性较高的DNA指纹图谱。且通过对京白鸡家系分析表明 ,用小基因组DNA的PCR产物分离制备的探针所获得的DNA指纹图带能够稳定的遗传。因此 ,高变异的PCR产物可以有效地用作DNA指纹探针。     

猪FGL2基因cDNA末端序列检测及结构分析

检测猪FGL2基因cDNA末端序列并对该基因结构初步分析。α-32P dCTP放射性同位素标记cDNA探针筛选猪基因组DNA文库;cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA end,RACE)。以猪正常小肠及心脏组织提取新鲜总RNA,反转录后作为模板,设计基因特异性引物,采用Advantage 2 聚合酶混合物进行PCR扩增;依据猪与人FGL2基因3′端已知同源序列设计PCR上游引物,以人FGL2基因3′末端序列设计下游引物,以猪基因组DNA为模板采用Advantage 2 聚合酶混合物进行PCR反应;PCR载体重组质粒DNA亚克隆扩增。同位素探针未能筛选到特异阳性克隆,RACE反应检测到特异性转录起始位置及第一个转录终止位置,但仍未检测到第二个转录终止位置。猪基因组DNA行PCR扩增成功检测到猪FGL2基因3′末端未知序列及第二个转录终止位置。     

利用聚合酶链反应扩增基因片段

聚合酶链反应(PCR)是一种模拟天然DNA复制过程的核酸扩增法,具有敏感特异、产率高、操作简单、容易自动化等特点。由于它有成指数倍(2~n)扩增靶序列的能力,又被称之为“无细胞分子克隆”或“试管内分子克隆”。我们以化学合成的寡核苷酸的粗提物为引物,含目的基因片段的重组质粒DNA为模板,利用PCR技术成功地扩增出数百至3544bp的特异性     

PCR引物特异性核查系统(PSC)的构建与应用

聚合酶链式反应(PCR)虽已广泛用于分子生物学研究中,然而PCR实验中的非特异性产物问题将直接影响PCR的效率,在多重PCR实验中更是如此。为了最大限度地降低非特异性产物的出现率,同时避免用户频繁使用Blast比对检查非特异性,我们开发了基于NCBI-Blast的引物评估和模板DNA特异性结合能力评估的核查系统PSC(Primer Specificity Checking,http://biocompute.bmi.ac.cn/PSC),并基于虚拟PCR实验确定了用于引物质量核查计算的多种参数,能够在线提供多个物种的引物特异性核查结果。该系统可以有效地对引物序列可能产生的所有非特异性扩增进行预测,有助于实验前引物优化或者对非特异扩增结果进行解释,最终达到提高PCR效率的目的。     

PCR法快速识别Actinobacteria的五种模板制备方法的比较

放线细菌的23S rRNA基因序列具有较好的保守性和相对的可变性,被认为是快速筛选放线细菌的合适部位。能否快速有效地扩增特异性区间,聚合酶链反应(PCR)扩增前的模板制备质量是关键,故比较了基因组DNA作为PCR模板的5种制备方法。旨在寻找准确、快速、简便、经济的放线细菌筛选技术,为普通和极端环境放线细菌资源的研究和开发利用创造条件。     

聚合酶链反应在研究DNA多态性中的应用

聚合酶链反应(Polymerase chain reaction PCR)是一种体外DNA扩增技术,自1985年Saiki等首次报道PCR方法以来,PCR技术迅速发展,并已广泛应用于生命科学各个方面。如基因克隆、遗传病的诊断、传染病的诊断、癌基因的检测等,由于PCR技术特异性强,扩增效率高、快速、录敏,且能克服限制性片段长度多态性(RFLP)的局限性,因此,它被有效地应用于研究DNA多态性。     

一种DNA扩增的新技术： 利用热稳定的Bst DNA聚合酶驱动跨越式滚环等温扩增反应

Bst DNA聚合酶具有热稳定性、链置换活性及聚合酶活性,在体外DNA等温扩增反应中起重要作用. 本文利用Bst DNA聚合酶的5′→3′聚合酶、核苷酸（末端）转移酶及链置换酶活性发展了一种新的体外环式DNA扩增技术跨越式滚环等温扩增(saltatory rolling circle amplification,SRCA)．在SRCA反应中,Bst DNA聚合酶以上游引物P1为模板合成其互补链RcP1,并和P1形成双链DNA|之后,Bst DNA聚合酶用其核苷酸转移酶活性在其P1的3′末端沿5′→3′方向随机掺入脱氧核糖核苷酸聚合形成寡聚核苷酸（dNMP)m序列,即DNA的合成反应跨越了RcP1 与下游引物P2之间的缺口|然后,以下游引物P2为模板形成互补序列（RcP2）;接着,Bst DNA聚合酶继续将脱氧核糖核苷酸随机添加到RcP2的3′末端,形成（dNMP)n序列．继而,Bst DNA聚合酶以RcP1为模板,继续催化聚合反应合成互补新链,并通过其链置换酶活性替换P1|如此往复,形成［P1-(dNMP)m-RcP2-(dNMP)n …］序列．本文通过电泳、酶切、测序等方法对扩增产物进行分析,演绎出上述扩增过程,并就工作原理进行了讨论．该反应可能对开发等温扩增技术检测微生物有一定助益,也为解释环介导等温扩增技术中假阳性反应和滚环等温扩增反应中的背景信号提供了线索．     

双退火温度PCR扩增DNA

【目的】与设置单一退火温度的常规PCR(S-T_m PCR)不同,本研究探讨双退火温度PCR(D-T_m PCR)由高到低设置2条引物各自退火温度。【方法】以PxF61和VPel为正/反向引物,用Q5 DNA聚合酶扩增4.3 kb的模式DNA pET20b-Xyn(黑曲霉木聚糖酶基因)。PCR程序为:98°C预变性3 min,30次循环{98°C变性30 s,设置双退火[T_(m1) 70°C(Px F61)退火15 s、T_(m2) 62°C(VPel)退火15 s],72°C延伸130 s}。【结果】与S-T_m PCR(61°C)相比,D-T_m PCR扩增4.3 kb的目的条带亮度更高,减少2条杂带;经25次循环目的 DNA产物量最高。D-T_m PCR用于长片段引物扩增5.3 kb重组质粒DNA条带更明显。【结论】D-T_m PCR直接扩增目的条带,避免了探讨T_m的麻烦,不要求2条引物T_m相近,从理论上更加清晰地认识引物与各自模板分步退火过程。     

一种随机引物联合多特异性DNA片段检测结核分支杆菌的新方法

目的:针对目前结核性疾病实验室诊断的局限性,探索一种更为敏感和特异的结核分枝杆菌DNA检测新方法。方法:选取10株江苏地区流行的结核分支杆菌(MTB)菌株,选取临床其他常见菌株及分枝杆菌菌株作为对照组,分别提取DNA作为随机引物的模板。参考国内、外文献设计12条随机引物,并分别对MTB及对照菌株进行单个引物随机扩增,2%的琼脂糖凝胶电泳对扩增产物进行分离并切胶纯化,通过TA克隆将纯化片段连接到质粒pEASYTM-T5 Zero并进行测序,通过BLAST-nr比对验证是否为MTB DNA片段。按照所确定的MTB片段序列,在其内部设计、合成一对特异性引物。用此特异性引物扩增对应的随机引物扩增产物,获得MTB特异性条带图谱。并将该方法检测的敏感性和特异性与临床上常用的real-time PCR进行比较。结果:经BLAST-nr比对,随机引物IS986F,S535及IS986R扩增的条带与MTB DNA有高度同源性(均为99%)。随机引物IS986F、S535和IS986R分别联合其特异性引物可以检测稀释105倍、105倍和103倍的MTB DNA,其特异性分别为100%、90%和80%。常规real-time PCR可检测出稀释104倍的MTB DNA。结论:随机引物IS986F联合其特异性引物检测结核分枝杆菌的灵敏度和特异性优于S535、IS986R两组,特异性为100%,且灵敏度优于常规real-time PCR法。     

蛋白质起始的DNA病毒复制机制

DNA聚合酶在DNA合成过程中需要的引物包括RNA引物、DNA自我引物和蛋白质引物3种类型。新DNA链(如冈崎片段)的复制多是在DNA模板上合成一段RNA引物,细小病毒利用其基因组末端的反向末端重复序列(ITRs)自我折叠成DNA引物,而一些DNA、RNA病毒及真菌质粒起始复制反应的引物则是蛋白质。以感染原核生物的噬菌体Phi29和真核DNA病毒腺病毒为例,从复制过程所涉及的蛋白质、对复制原点的识别、复制起始反应、新链的延伸、复制终止过程等方面详细阐述DNA病毒由蛋白质引发的复制机制,并对已商品化的Phi29 DNA聚合酶产品多重置换扩增及单细胞测序等的应用以及基于噬菌体Phi29蛋白质起始的最小复制系统体外扩增异源DNA等最新的应用研究作相关总结介绍。     

关于DNA复制的引物和DNA聚合酶

DNA复制是由DNA聚合酶催化的,反应需要四种脱氧核苷三磷酸和引物-模板;在引物的3′-羟基上,按模板的指令逐个添加脱氧核苷酸,生成碱基序列与模板互补的新DNA。复制时,DNA双链先打开,形成复制叉,随着复制叉的移动完成复制过程。双链DNA的复制是半不连续的,即先导链是连续合成滞后链则为不连续合成;后者先生成若干短片段(冈崎片段),再连在一起。 DNA复制在基因组的加倍、DNA重组以及修复DNA所受损伤等方面都对生命有决定性的作用。