1、 溫度與時間的設置:
基于PCR原理三步驟而設置變性-退火-延伸三個溫度點。在標準反應中采用三溫度點法,雙鏈DNA在90~95℃變性,再迅速冷卻至40 ~60℃,引物退火并結合到靶序列上,然后快速升溫至70~75℃,在Taq DNA 聚合酶的作用下,使引物鏈沿模板延伸。對于較短靶基因(長度為100~300bp時)可采用二溫度點法, 除變性溫度外、退火與延伸溫度可合二為一,一般采用94℃變性,65℃左右退火與延伸(此溫度Taq dna酶仍有較高的催化活性)。
1. 變性溫度與時間:變性溫度低,解鏈不*是導致PCR失敗的zui主要原因。DNA在其鏈分解溫度時的變性只需幾秒鐘,但反應管內達到Tss還需一定時間,變性溫度太高會影響酶活性;通常情況下93℃~94℃1min足以使模板DNA變性,若低于93℃則需延長時間,但溫度不能過高,因為高溫環境對酶的活性有影響。變性所需的加熱溫度取決于模板及PCR產物雙鏈DNA中的G+C含量。雙鏈DNA中的G+C的比率越高,則雙鏈DNA分離變性的溫度也就越高。變性所需的時間與DNA分子的長度相關,DNA分子越長,在特定的變性溫度下使雙鏈DNA分子*分離所需的時間就越長。若變性溫度太低或變性時間太短,則只能使DNA模板中富含AT的區域產生變性,當PCR循環中的反應溫度降低時,部分變性的DNA模板又重新結合成雙鏈DNA,從而導致PCR的失敗。
2. 退火(復性)溫度與時間:退火溫度是影響PCR特異性的較重要因素。復性溫度決定著PCR的特異性.引物復性所需的溫度與時間取決于引物的堿基組成、長度和濃度。變性后溫度快速冷卻至40℃~60℃,可使引物和模板發生結合。由于模板DNA 比引物復雜得多,引物和模板之間的碰撞結合機會遠遠高于模板互補鏈之間的碰撞。退火溫度與時間,取決于引物的長度、堿基組成及其濃度,還有靶基序列的長度。退火溫度一般低于引物本身變性溫度5℃。一般退火溫度在40~60℃之間,時間為30~45s,足以使引物與模板之間*結合。對于20個核苷酸,G+C含量約50%的引物,55℃為選擇zui適退火溫度的起點較為理想。如果(G C)低于50%,退火溫度應低于55℃。引物的復性溫度可通過以下公式幫助選擇合適的溫度:
Tm值(解鏈溫度)=4(G+C)+2(A+T) 復性溫度=Tm值-(5~10℃)
【引物長度在15~25bp可通過公Tm=(G C)×4℃ (A T)×2℃計算退火溫度】:
較高的退火溫度可提高反應的特異性。在Tm值允許范圍內,應盡量選擇較高的復性溫度。
3. 延伸溫度與時間:Taq dna聚合酶的生物學活性: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℃時, DNA合成幾乎不能進行。
延伸溫度應在Taq酶的zui適溫度范圍之內,一般在70~75℃。常用溫度為72℃,過高的延伸溫度不利于引物和模板的結合。延伸時間要根據DNA聚合酶的延伸速度和目的擴增片段的長度確定,通常對于1kb以內的片段1min是夠用的。3~4kb的靶序列需3~4min;擴增10Kb需延伸至15min。延伸進間過長會導致非特異性擴增帶的出現。對低濃度模板的擴增,延伸時間要稍長些。
2、 循環數:
循環次數決定著擴增的程度。在其它參數都已優化的前提下,循環次數取決于zui初靶分子的濃度。循環次數過多會增加非特異性產物量及堿基錯配數,此外還會導致PCR反應“平臺效應”的出現;循環數太少會影響正常的PCR產物量。常規PCR一般為25-40周期較合適,具體要多少循環數可通過預試驗確定。在其他參數交已優化的條件下,zui適循環數取決于靶序列的初始濃度,模板DNA分子數 需要熱循環次數參照:
3.0×105 25-30
1.5×104 30-35
1.0×103 35-40
50 40-45
3、 PCR產物積累規律:
反應初期產物以2n呈指數形式增加,至一定的循環數后,引物、模板、DNA聚合酶形成一種平衡,產物進入一個緩慢增長時期(“停滯效應”),即“平臺期”。到達平臺期所需PCR循環數與模板量、PCR擴增效率、聚合酶種類、非特異產物竟爭有關.