在分子生物學的實驗室里,聚合酶鏈反應(PCR)是日常工作中的一部分。這項技術以其高效、快速和特異性強的特點,成為了基因克隆、診斷檢測和研究中的核心工具。然而,即便是經驗豐富的實驗者,也可能在PCR實驗中遇到一些難以察覺的陷阱。小翌將帶你深入探索那些在PCR實驗中容易被忽視,卻又至關重要的小細節。
PCR原理圖(點擊查看大圖)
PCR原理解析
PCR(聚合酶鏈式反應)的原理是DNA要經歷變性、退火、延伸步驟才能與引物、DNA聚合酶、dNTP結合形成新的雙鏈DNA分子,但實際需要的目標片段,得在三個循環之后才能得到。因此擴增循環數不能低于3,推薦循環數為30-40個循環。PCR產物的得率計算公式為:
PCR產物得率=2N copies(N代表循環數)
但實際上,隨著循環數的增加,體系中的Taq酶、dNTP、引物等逐漸被消耗并伴隨著副產物的生成,使得PCR不能呈指數擴增,從而使實際的擴增曲線呈現“S”型,通常分為基線期、指數增長期和平臺期三個階段,如圖所示。
PCR擴增曲線
循環數作為一個關鍵步驟,直接影響PCR反應的結果。
陷阱1
循環數不足
如果DNA模板量較少,而循環次數太少,會導致目標DNA片段擴增產量低。
陷阱2
循環數過多
過多的循環雖然能增加產物量,但會導致反應時間過長,非特異性產物擴增和假陽性的風險也隨之上升。一般而言,PCR產物在25~35次循環后即可達最大值,進入“平臺期”。隨著副產物的積累以及試劑的消耗,即使再增加循環數,PCR產物量也不會再有明顯增加,出現擴增無法持續的停滯現象。
翌圣新推出的新一代快速PCR試劑(Cat#10167ES)可以抑制【擴增無法持續的停滯現象】,僅需30-35個循環數,即可獲得高得率的PCR產物。
圖1. 10167擴增576 bp大腸桿菌菌液,基因來源:擬南芥,性能優于競品。延伸時間為30 sec/kb。循環數34 cycles。
引物
陷阱1
引物設計
引物設計過程中,需考慮TM值,GC含量、引物長度、引物二聚體的形成,但是往往會忽視3’末端的堿基,小翌建議小伙伴們引物3’末端的堿基最好為G或者C,可以提高引物與模板之間的結合穩定性,降低產物的錯配。
陷阱2
引物濃度過高/過低
正常引物合成的量為2 OD,引物最初為干粉狀,依據引物質量添加水至100 μmoL/L濃度(儲存液),要使用時稀釋10倍至10 μmoL/L濃度(工作液)即可。
在干粉狀階段,務必在3000 rpm/min條件下,離心1 min。如果未離心,在引物寄送的過程中,隨著快遞的上下翻飛,干粉會掛壁在管內各處,添加的去離子水無法與所有引物混合,導致引物濃度變低,在后續的實驗中可能會導致目的片段的少量擴增或無擴增。
那有的小伙伴希望PCR產物量高,多加一點引物可以嗎?也是不行的,引物濃度如果過高,易造成錯配和非特異性擴增,且引物自身結合的概率增大,更易生成引物二聚體。
如下表顯示,10167ES引物添加量的終濃度為0.4-0.5 μM。依據說明書進行實驗,PCR實驗就可以事半功倍哦~
組分 | 體積(μL) | 體積(μL) | 終濃度 |
2×Hieff® Ultra-Rapid II HotStart PCR Master Mix* | 25 | 12.5 | 1× |
模板** | x | x | - |
正向引物F(10 μM)*** | 2 | 1 | 0.4-0.5 μM |
反向引物R(10 μM) | 2 | 1 | 0.4-0.5 μM |
ddH2O | Up to 50 | Up to 25 | - |
陷阱3
引物污染
因為小伙伴的引物作為反復凍融使用的材料,在使用過程中易造成污染,導致非特異擴增,所以小翌建議在使用過程中,引物作為ddH20之后,優先添加的材料,防止因槍頭未更換等因素污染引物。
加樣步驟推薦:ddH20>引物>模板>Mix酶
Mix酶最后添加:防止因過早添加酶試劑導致引物提早合成引物二聚體,避免非特異擴增,且大部分PCR Mix酶攜帶指示劑,可以用于區分該試管是否加樣完成。
需注意,PCR為冰上操作的實驗,但冰塊融化之后,如冰水浸沒引物、模板管子,易造成交叉污染,導致陰性對照出現假陽性。建議丟棄被冰水浸沒過的試劑,更換新試劑做實驗?;蚴褂媒饘俦?,可避免發生浸沒的情況。
模板
陷阱1
模板DNA濃度
模板DNA在儲存的過程中會有一定程度的降解,因此放置前測試的濃度不一定準確,為了保證實驗精度,在放置一段時間后,需重新測試DNA模板濃度。
陷阱2
模板處理
小翌提醒,在進行酵母菌P的時候,需盡量將酵母模板處理好,有助于提高PCR擴增效率:酵母菌菌液及菌株煮沸5 min后放入-80℃冰箱3 min,待解凍后上樣。
10167ES擴增酵母菌
PCR技術雖然基礎,但也需要精確的控制和細心的調整。通過關注這些小細節,可以提高PCR實驗的成功率,為你的實驗和研究打下堅實的基礎。小翌提醒大家,見微知著,每一個小細節都可能成為PCR成功的關鍵。在分子生物學的世界里,細節往往決定成敗。小翌希望能夠幫助各位科研工作者更好地理解和掌握PCR技術,從而在研究中取得更好的成果!
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2×Hieff® Ultra-Rapid II HotStart PCR Master Mix快速PCR預混液升級版
快速、高效、抑制停滯現象、提高產量
性能展示
菌落快速、高效擴增
圖1. 大腸桿菌菌落極限延伸時間擴增測試,3 kb以內片段10167ES擴增的延伸效率可達1 sec/kb,6 kb片段擴增的延伸效率可達3 sec/kb,6-10 kb片段擴增的延伸效率可達5 sec/kb。M:10,000 DNA Marker(10505ES)。
長片段+高GC菌液快速、高效擴增
圖2. 長片段+高GC菌液擴增,結果顯示10167ES擴增產量高,檢出率100%,性能優于競品。M:10,000 DNA Marker(10505ES)。10167ES擴增速度10 sec/kb,競品擴增15 sec/kb。
產品定位 | 名稱 | 貨號 | 規格 |
快速PCR升級,可菌P且適用復雜模板擴增 | 2×Hieff® Ultra-Rapid II HotStart PCR Master Mix | 10167ES03/08 | 1 mL/5×1 mL |
1-7片段一步法定向連接,最快5分鐘完成重組反應 | Hieff Clone® Universal II One Step Cloning Kit | 10923ES20/50 | 20 T/50 T |
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