1、 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90~95℃变性,再迅速冷却至40 ~60℃,引物退火并结合到靶序列上,然后快速升温至70~75℃,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100~300bp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94℃变性,65℃左右退火与延伸(此温度Taq dna酶仍有较高的催化活性)。
1. 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。DNA在其链分解温度时的变性只需几秒钟,但反应管内达到Tss还需一定时间,变性温度太高会影响酶活性;通常情况下93℃~94℃1min足以使模板DNA变性,若低于93℃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。变性所需的加热温度取决于模板及PCR产物双链DNA中的G+C含量。双链DNA中的G+C的比率越高,则双链DNA分离变性的温度也就越高。变性所需的时间与DNA分子的长度相关,DNA分子越长,在特定的变性温度下使双链DNA分子完全分离所需的时间就越长。若变性温度太低或变性时间太短,则只能使DNA模板中富含AT的区域产生变性,当PCR循环中的反应温度降低时,部分变性的DNA模板又重新结合成双链DNA,从而导致PCR的失败。
2. 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。复性温度决定着PCR的特异性.引物复性所需的温度与时间取决于引物的碱基组成、长度和浓度。变性后温度快速冷却至40℃~60℃,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。退火温度一般低于引物本身变性温度5℃。一般退火温度在40~60℃之间,时间为30~45s,足以使引物与模板之间完全结合。对于20个核苷酸,G+C含量约50%的引物,55℃为选择最适退火温度的起点较为理想。如果(G C)低于50%,退火温度应低于55℃。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-(5~10℃)
【引物长度在15~25bp可通过公Tm=(G C)×4℃ (A T)×2℃计算退火温度】:
较高的退火温度可提高反应的特异性。在Tm值允许范围内,应尽量选择较高的复性温度。
3. 延伸温度与时间:Taq dna聚合酶的生物学活性:70~80℃ 150核苷酸/S/酶分子;70℃ 60核苷酸/S/酶分子;55℃ 24核苷酸/S/酶分子;高于90℃时, DNA合成几乎不能进行。
延伸温度应在Taq酶的最适温度范围之内,一般在70~75℃。常用温度为72℃,过高的延伸温度不利于引物和模板的结合。延伸时间要根据DNA聚合酶的延伸速度和目的扩增片段的长度确定,通常对于1kb以内的片段1min是够用的。3~4kb的靶序列需3~4min;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。
2、 循环数:
循环次数决定着扩增的程度。在其它参数都已优化的前提下,循环次数取决于最初靶分子的浓度。循环次数过多会增加非特异性产物量及碱基错配数,此外还会导致PCR反应“平台效应"的出现;循环数太少会影响正常的PCR产物量。常规PCR一般为25-40周期较合适,具体要多少循环数可通过预试验确定。在其他参数交已优化的条件下,最适循环数取决于靶序列的初始浓度,模板DNA分子数 需要热循环次数参照:
3.0×105 25-30
1.5×104 30-35
1.0×103 35-40
50 40-45
3、 PCR产物积累规律:
反应初期产物以2n呈指数形式增加,至一定的循环数后,引物、模板、DNA聚合酶形成一种平衡,产物进入一个缓慢增长时期(“停滞效应"),即“平台期"。到达平台期所需PCR循环数与模板量、PCR扩增效率、聚合酶种类、非特异产物竟争有关.