pcr的發展歷史

1. Bio-Rad(伯樂)PCR儀型號的發展史

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2. pcr反應過程

PCR
PCR
生物學的聚合酶鏈反應

了解pcr的更多含義
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PCR的創建
PCR原理
反應准備
循環參數
步驟
檢測
聚合酶鏈式反應（PCR）是一種用於放大擴增特定的DNA片段的分子生物學技術，它可看作是生物體外的特殊DNA復制，PCR的最大特點是能將微量的DNA大幅增加。因此，無論是化石中的古生物、歷史人物的殘骸，還是幾十年前兇殺案中兇手所遺留的毛發、皮膚或血液，只要能分離出一丁點的DNA，就能用PCR加以放大，進行比對。這也是「微量證據」的威力之所在。由1983年美國Mullis首先提出設想，1985年由其發明了聚合酶鏈反應，即簡易DNA擴增法，意味著PCR技術的真正誕生。到如今2013年，PCR已發展到第三代技術。1976年，台灣科學家錢嘉韻，發現了穩定的Taq DNA聚合酶，為PCR技術發展也做出了基礎性貢獻。

PCR是利用DNA在體外攝氏95°高溫時變性會變成單鏈，低溫（經常是60°C左右）時引物與單鏈按鹼基互補配對的原則結合，再調溫度至DNA聚合酶最適反應溫度（72°C左右），DNA聚合酶沿著磷酸到五碳糖(5'-3')的方向合成互補鏈。基於聚合酶製造的PCR儀實際就是一個溫控設備，能在變性溫度，復性溫度，延伸溫度之間很好地進行控制。

3. 介紹一下 PCR

聚合酶鏈反應(Polymerase Chain Reaction ,PCR)是80年代中期發展起來的體外核酸擴增技術。它具有特異、敏感、產率高、快速、簡便、重復性好、易自動化等突出優點；能在一個試管內將所要研究 的目的基因或某一DNA片段於數小時內擴增至十萬乃至百萬倍,使肉眼能直接觀察和判斷；可從一根毛發、一滴血、甚至一個細胞中擴增出足量的DNA供分析研 究和檢測鑒定。過去幾天幾星期才能做到的事情，用PCR幾小時便可完成。PCR技術是生物醫學領域中的一項革命性創舉和里程碑。

PCR技術簡史
PCR的最早設想 核酸研究已有100多年的歷史，本世紀60年代末、70年代初人們致力於研究基因的體外分離技術，Korana於1971年最早提出核酸體外擴增的設想：「經過DNA變性，與合適的引物雜交，用DNA聚合酶延伸引物，並不斷重復該過程便可克隆tRNA基因」。
PCR的實現 1985年美國PE-Cetus公司人類遺傳研究室的Mullis等發明了具有劃時代意義的聚合酶鏈反應。其原理類似於DNA的體內復制，只是在試管中給 DNA的體外合成提供以致一種合適的條件---摸板DNA，寡核苷酸引物，DNA聚合酶，合適的緩沖體系，DNA變性、復性及延伸的溫度與時間。
PCR的改進與完善 Mullis最初使用的DNA聚合酶是大腸桿菌DNA聚合酶I的 Klenow片段，其缺點是：①Klenow酶不耐高溫，90℃會變性失活，每次循環都要重新加。②引物鏈延伸反應在37℃下進行，容易發生模板和引物之 間的鹼基錯配，其PCR產物特異性較差，合成的DNA片段不均一。此種以Klenow酶催化的PCR技術雖較傳統的基因擴增具備許多突出的優點，但由於 Klenow酶不耐熱，在DNA模板進行熱變性時，會導致此酶鈍化，每加入一次酶只能完成一個擴增反應周期，給PCR技術操作程序添了不少困難。這使得 PCR技術在一段時間內沒能引起生物醫學界的足夠重視。1988年初，Keohanog改用T4 DNA聚合酶進行PCR，其擴增的DNA片段很均一，真實性也較高，只有所期望的一種DNA片段。但每循環一次，仍需加入新酶。1988年Saiki 等從溫泉中分離的一株水生嗜熱桿菌(thermus aquaticus) 中提取到一種耐熱DNA聚合酶。此酶具有以下特點：①耐高溫，在70℃下反應2h後其殘留活性大於原來的90%，在93℃下反應2h後其殘留活性是原來的 60%，在95℃下反應2h後其殘留活性是原來的40%。②在熱變性時不會被鈍化，不必在每次擴增反應後再加新酶。③大大提高了擴增片段特異性和擴增效 率，增加了擴增長度(2.0Kb)。由於提高了擴增的特異性和效率，因而其靈敏性也大大提高。為與大腸桿菌多聚酶I Klenow片段區別，將此酶命名為Taq DNA多聚酶(Taq DNA Polymerase)。此酶的發現使PCR廣泛的被應用。

PCR技術基本原理
PCR技術的基本原理 類似於DNA的 天然復制過程，其特異性依賴於與靶序列兩端互補的寡核苷酸引物。PCR由變性--退火--延伸三個基本反應步驟構成：①模板DNA的變性：模板DNA經加 熱至93℃左右一定時間後，使模板DNA雙鏈或經PCR擴增形成的雙鏈DNA解離，使之成為單鏈，以便它與引物結合，為下輪反應作準備；②模板DNA與引 物的退火(復性)：模板DNA經加熱變性成單鏈後，溫度降至55℃左右，引物與模板DNA單鏈的互補序列配對結合；③引物的延伸：DNA模板--引物結合 物在TaqDNA聚合酶的作用下，以dNTP為反應原料，靶序列為模板，按鹼基配對與半保留復制原理，合成一條新的與模板DNA 鏈互補的半保留復制鏈重復循環變性--退火--延伸三過程，就可獲得更多的「半保留復制鏈」，而且這種新鏈又可成為下次循環的模板。每完成一個循環需 2～4分鍾，2～3小時就能將待擴目的基因擴增放大幾百萬倍。到達平台期(Plateau)所需循環次數取決於樣品中模板的拷貝。
PCR的反應動力學 PCR的三個反應步驟反復進行，使DNA擴增量呈指數上升。反應最終的DNA 擴增量可用Y＝(1＋X)n計算。Y代表DNA片段擴增後的拷貝數，X表示平(Y)均每次的擴增效率，n代表循環次數。平均擴增效率的理論值為100%， 但在實際反應中平均效率達不到理論值。反應初期，靶序列DNA片段的增加呈指數形式，隨著PCR產物的逐漸積累，被擴增的DNA片段不再呈指數增加，而進 入線性增長期或靜止期，即出現「停滯效應」，這種效應稱平台期數、PCR擴增效率及DNA聚合酶PCR的種類和活性及非特異性產物的竟爭等因素。大多數情 況下，平台期的到來是不可避免的。
PCR擴增產物 可分為長產物片段和短產物片段兩部分。短產物片段的長度嚴格地限定在兩個引物鏈5』端之間，是需要擴增的特定片段。短產物片段和長產物片段是由於引物所 結合的模板不一樣而形成的，以一個原始模板為例，在第一個反應周期中，以兩條互補的DNA為模板，引物是從3』端開始延伸，其5』端是固定的，3』端則沒 有固定的止點，長短不一，這就是「長產物片段」。進入第二周期後，引物除與原始模板結合外，還要同新合成的鏈(即「長產物片段」)結合。引物在與新鏈結合 時，由於新鏈模板的5』端序列是固定的，這就等於這次延伸的片段3』端被固定了止點，保證了新片段的起點和止點都限定於引物擴增序列以內、形成長短一致的 「短產物片段」。不難看出「短產物片段」是按指數倍數增加，而「長產物片段」則以算術倍數增加，幾乎可以忽略不計， 這使得PCR的反應產物不需要再純化，就能保證足夠純DNA片段供分析與檢測用。

PCR反應體系與反應條件
標準的PCR反應體系：
10×擴增緩沖液 10ul
4種dNTP混合物 各200umol/L
引物 各10～100pmol
模板DNA 0.1～2ug
Taq DNA聚合酶 2.5u
Mg2+ 1.5mmol/L
加雙或三蒸水至 100ul
PCR反應五要素： 參加PCR反應的物質主要有五種即引物、酶、dNTP、模板和Mg2+
引物： 引物是PCR特異性反應的關鍵，PCR 產物的特異性取決於引物與模板DNA互補的程度。理論上，只要知道任何一段模板DNA序列，就能按其設計互補的寡核苷酸鏈做引物，利用PCR就可將模板DNA在體外大量擴增。
設計引物應遵循以下原則：
①引物長度： 15-30bp，常用為20bp左右。
②引物擴增跨度： 以200-500bp為宜，特定條件下可擴增長至10kb的片段。
③引物鹼基：G+C含量以40-60%為宜，G+C太少擴增效果不佳，G+C過多易出現非特異條帶。ATGC最好隨機分布，避免5個以上的嘌呤或嘧啶核苷酸的成串排列。
④避免引物內部出現二級結構，避免兩條引物間互補，特別是3』端的互補，否則會形成引物二聚體，產生非特異的擴增條帶。
⑤引物3』端的鹼基，特別是最末及倒數第二個鹼基，應嚴格要求配對，以避免因末端鹼基不配對而導致PCR失敗。
⑥引物中有或能加上合適的酶切位點，被擴增的靶序列最好有適宜的酶切位點，這對酶切分析或分子克隆很有好處。
⑦引物的特異性：引物應與核酸序列資料庫的其它序列無明顯同源性。

引物量： 每條引物的濃度0.1～1umol或10～100pmol，以最低引物量產生所需要的結果為好，引物濃度偏高會引起錯配和非特異性擴增，且可增加引物之間形成二聚體的機會。
酶及其濃度 目前有兩種Taq DNA聚合酶供應， 一種是從棲熱水生桿菌中提純的天然酶，另一種為大腸菌合成的基因工程酶。催化一典型的PCR反應約需酶量2.5U(指總反應體積為100ul時)，濃度過高可引起非特異性擴增，濃度過低則合成產物量減少。
dNTP的質量與濃度 dNTP的質量與濃度和PCR擴增效率有密切關系，dNTP粉呈顆粒狀，如保存不當易變性失去生物學活性。dNTP溶液呈酸性，使用時應配成高濃度後，以1M NaOH或1M Tris。HCL的緩沖液將其PH調節到7.0～7.5，小量分裝， -20℃冰凍保存。多次凍融會使dNTP降解。在PCR反應中，dNTP應為50～200umol/L，尤其是注意4種dNTP的濃度要相等( 等摩爾配製)，如其中任何一種濃度不同於其它幾種時(偏高或偏低)，就會引起錯配。濃度過低又會降低PCR產物的產量。dNTP能與Mg2+結合，使游離的Mg2+濃度降低。
模板(靶基因)核酸 模板核酸的量與純化程度，是PCR成敗與否的關鍵環節之一，傳統的DNA純化方法通常採用SDS和蛋白酶K來消化處理標本。 SDS的主要功能是： 溶解細胞膜上的脂類與蛋白質，因而溶解膜蛋白而破壞細胞膜，並解離細胞中的核蛋白，SDS 還能與蛋白質結合而沉澱；蛋白酶K能水解消化蛋白質，特別是與DNA結合的組蛋白，再用有機溶劑酚與氯仿抽提掉蛋白質和其它細胞組份，用乙醇或異丙醇沉澱 核酸。提取的核酸即可作為模板用於PCR反應。一般臨床檢測標本，可採用快速簡便的方法溶解細胞，裂解病原體，消化除去染色體的蛋白質使靶基因游離，直接 用於PCR擴增。RNA模板提取一般採用異硫氰酸胍或蛋白酶K法，要防止RNase降解RNA。
Mg2+濃度 Mg2+對PCR擴增的特異性和產量有顯著的影響，在一般的PCR反應中，各種dNTP濃度為200umol/L時，Mg2+濃度為1.5～2.0mmol/L為宜。Mg2+濃度過高，反應特異性降低，出現非特異擴增，濃度過低會降低Taq DNA聚合酶的活性，使反應產物減少。
PCR反應條件的選擇
PCR反應條件為溫度、時間和循環次數。
溫度與時間的設置： 基於PCR原理三步驟而設置變性-退火-延伸三個溫度點。在標准反應中採用三溫度點法，雙鏈DNA在90～95℃變性，再迅速冷卻至40 ～60℃，引物退火並結合到靶序列上，然後快速升溫至70～75℃，在Taq DNA 聚合酶的作用下，使引物鏈沿模板延伸。對於較短靶基因(長度為100～300bp時)可採用二溫度點法， 除變性溫度外、退火與延伸溫度可合二為一，一般採用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，解鏈不完全是導致PCR失敗的最主要原因。一般情況下，93℃～94℃lmin足以使模板DNA變性，若低於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。此步若不能使靶基因模板或PCR產物完全變性，就會導致PCR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。變性後溫度快速冷卻至40℃～60℃，可使引物和模板發生結合。由於模板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於模板互補鏈之間的碰撞。退火溫度與時間，取決於引物的長度、鹼基組成及其濃度，還有靶基序列的長 度。對於20個核苷酸，G+C含量約50%的引物，55℃為選擇最適退火溫度的起點較為理想。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℃)
在Tm值允許范圍內， 選擇較高的復性溫度可大大減少引物和模板間的非特異性結合，提高PCR反應的特異性。復性時間一般為30～60sec，足以使引物與模板之間完全結合。
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
高於90℃時， DNA合成幾乎不能進行。

PCR反應的延伸溫度一般選擇在70～75℃之間，常用溫度為72℃，過高的延伸溫度不利於引物和模板的結合。PCR延伸反應的時間，可根據待擴增片段的長度而定，一般1Kb以內的DNA片段，延伸時間1min是足夠 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。
循環次數 循環次數決定PCR擴增程度。PCR循環次數主要取決於模板DNA的濃度。一般的循環次數選在30～40次之間，循環次數越多，非特異性產物的量亦隨之增多。

PCR反應特點
特異性強 PCR反應的特異性決定因素為：
①引物與模板DNA特異正確的結合；
②鹼基配對原則；
③Taq DNA聚合酶合成反應的忠實性；
④靶基因的特異性與保守性。
其中引物與模板的正確結合是關鍵。引物與模板的結合及引物鏈的延伸是遵循鹼基配對原則的。聚合酶合成反應的忠實性及Taq DNA聚合酶耐高溫性，使反應中模板與引物的結合(復性)可以在較高的溫度下進行，結合的特異性大大增加，被擴增的靶基因片段也就能保持很高的正確度。再通過選擇特異性和保守性高的靶基因區，其特異性程度就更高。
靈敏度高 PCR產物的生成量是以指數方式增加的，能將皮克(pg=10-12g)量級的起始待測模板擴增到微克(ug=10-6g)水平。能從100萬個細胞中檢出一個靶細胞；在病毒的檢測中，PCR的靈敏度可達3個RFU(空斑形成單位)；在細菌學中最小檢出率為3個細菌。
簡便、快速 PCR反應用耐高溫的Taq DNA聚合酶，一次性地將反應液加好後，即在DNA擴增液和水浴鍋上進行變性-退火-延伸反應，一般在2～4 小時完成擴增反應。擴增產物一般用電泳分析，不一定要用同位素，無放射性污染、易推廣。
對標本的純度要求低 不需要分離病毒或細菌及培養細胞，DNA 粗製品及總RNA均可作為擴增模板。可直接用臨床標本如血液、體腔液、洗嗽液、毛發、細胞、活組織等粗製的DNA擴增檢測。 PCR擴增產物分析
PCR產物是否為特異性擴增 ，其結果是否准確可靠，必須對其進行嚴格的分析與鑒定，才能得出正確的結論。PCR產物的分析，可依據研究對象和目的不同而採用不同的分析方法。
凝膠電泳分析：PCR產物電泳，EB溴乙錠染色紫外儀下觀察，初步判斷產物的特異性。PCR產物片段的大小應與預計的一致，特別是多重PCR，應用多對引物，其產物片斷都應符合預訐的大小，這是起碼條件。
瓊脂糖凝膠電泳： 通常應用1～2%的瓊脂糖凝膠，供檢測用。
聚丙烯醯胺凝膠電泳：6～10%聚丙烯醯胺凝膠電泳分離效果比瓊脂糖好，條帶比較集中，可用於科研及檢測分析。
酶切分析：根據PCR產物中限制性內切酶的位點，用相應的酶切、電泳分離後，獲得符合理論的片段，此法既能進行產物的鑒定，又能對靶基因分型，還能進行變異性研究。
分子雜交：分子雜交是檢測PCR產物特異性的有力證據，也是檢測PCR 產物鹼基突變的有效方法。
Southern印跡雜交： 在兩引物之間另合成一條寡核苷酸鏈(內部寡核苷酸)標記後做探針，與PCR產物雜交。此法既可作特異性鑒定，又可以提高檢測PCR產物的靈敏度，還可知其分子量及條帶形狀，主要用於科研。
斑點雜交： 將PCR產物點在硝酸纖維素膜或尼膜薄膜上，再用內部寡核苷酸探針雜交，觀察有無著色斑點，主要用於PCR產物特異性鑒定及變異分析。
核酸序列分析：是檢測PCR產物特異性的最可

4. PCR技術進展

免疫-PCR技術結合了抗原抗體反應的特異性和PCR的高敏感性，是一種極為敏感的抗原檢測技術，並適合於各種微量抗原的檢測。

熒游標記、酶標記和放射性同位素標記這三大抗體標記技術是目前免疫化學、免疫學以及分子生物學中應用最廣的常規抗原檢測手段，具有很高的靈敏度。但在早期癌抗原及某些神經肽等極微量抗原檢測上，熒游標記及酶標記技術還缺乏足夠的靈敏度。放射性同位素標記技術的靈敏度雖然能達到1ng/ml，但在實際操作中由於需要特殊的設備和安全防護，因此限制了它在實際過程中的廣泛應用。1992年，Sano[1]等人將免疫測定技術與PCR結合，創建了一種全新的極其敏感的抗原分子檢測技術，即免疫-PCR（Immuno-PCR）。它的出現解決了上述三種抗體標記技術的不足之處。

眾所周知，PCR技自從1985年問世以來，經過十幾年的發展，已成為實驗室的常規技術，也是現代分子生物學研究中不可缺少的手段，是一種極為敏感的放大系統。而免疫-PCR技術正是運用PCR的高度敏感性來放大抗原抗體反應的特異性，使實驗中只需數百個抗原分子即可檢測，甚至在理論上可檢測到一至數個抗原分子。這種靈敏度使免疫檢測技術達到了一個新的高度。

1 免疫-PCR的基本原理

免疫-PCR主要由兩個部分組成。第一部分是類似於普通酶聯免疫吸附實驗（ELISA）的抗原抗體反應。第二部分即常規的PCR擴增和電泳檢測。免疫-PCR與ELISA的區別就在於ELISA是以鹼性磷酸酶或辣根過氧化物酶來標記抗體，用顏色反應來表明陽性或陰性結果，而免疫-PCR則是以一段特定的雙鏈或單鏈DNA來標記抗體，用PCR擴增抗體所連接的DNA，並進行電泳檢測，因此可由PCR產物的量來反映抗原分子的量。由於PCR的高擴增能力，只要存在著極微量的抗原抗體反應，PCR都能大量擴增抗體所連接的DNA分子，再用電泳來表明實驗結果。免疫-PCR的關鍵之處就在於用一個連接分子將一段特定的DNA連接到抗體上，在抗原和DNA之間建立相對應關系，從而將對蛋白質的檢測轉變為對核酸的檢測。最初Sano等人建立的免疫-PCR實驗流程如下：（1）再包被緩沖液稀釋抗原BSSA，並固定在微滴定板上。（2）微滴定板上加入相應的已稀釋的單克隆抗體，並洗去未結合的抗體分子。（3）加入稀釋的已與生物素化PUC19的結合的鏈親和素-蛋白A嵌合體（蛋白A能與抗體結合，而鏈親和素可與生物素化PUC19中的生物素結合），並洗去未結合的嵌合蛋白-Puc19復合物。（4）PCR擴增抗體所連接的Puc19。（5）瓊脂糖凝膠電泳，EB顯色檢測Puc19.

運用這種方法，Sano等人可檢測到600個BSA抗原分子。與用鹼性磷酸酶作為標記物的ELISA方法相比，免疫-PCR的敏感度比ELISA高106。在這免疫-PCR系統中，鏈親和素-蛋白A嵌合體作為一個連接分子起著橋梁作用。它的兩個獨立結合位點蛋白A和鏈親和素分別與IgG的Fc段和生物素化DNA中的生物素結合，從而在蛋白質和核酸之間建立對應關系，通過PCR擴增，將抗原抗體反應的特異性高度放大。因此，免疫-PCR結合了抗原抗體反應的特異性和PCR的高度敏感性，成為一種極為敏感的抗體依賴的抗原檢測技術。

2 免疫-PCR的改進

雖然Sano等人構建的免疫-PCR具有極高的靈敏度，但Sano所用的連接分子鏈親和素-蛋白A嵌合體還沒有商品化，因此限制了它在實際應用中的廣泛普及。Ruzicka[2]等人以生物素化的抗體取代Sano免疫-PCR系統中的抗體，用商品化的親和素代替鏈親和素-蛋白A嵌合體作為連接分子構建了一個新的免疫-PCR系統。Ruzicka用此免疫-PCR系統檢測小鼠抗載脂蛋白E抗體。可以檢測出包被濃度為10fg/ml的E抗體。

5. 分子生物學發展史上的里程碑pcr技術是哪一年發明的

1985年Cetus公司的科學家K.B. Mullis發明了PCR。
Mullis由此獲得1993年諾貝爾化學獎。

6. PCR技術的新發展

一、免疫PCR(Immuno-PCR)
免疫PCR是一種抗原檢測系統，將一段已知序列的DNA片段標記到抗原抗體復合專物上，再用PCR方法將這屬段DNA擴增，然後用常規方法檢測PCR產物。
免疫PCR集PCR的高靈敏度與抗體和抗原反應的特異性於一體。其突出的特點是指數級的擴增效率帶來了極高的敏感度，能檢出濃度低至2ng/L的抗原物質，為現行任何一種免疫定量方法所不及。

7. DNA發展史,我國的

1953年，《自然》雜志刊登了DNA雙螺旋結構的論文後，全世界的目光都集中到了DNA這個小小的分子上。但是，我國的DNA發展可不是一般的緩慢，就像我國計算機的發展，到現在連自己的一點點技術核心都沒有。
而我國法醫DNA技術的發展就更落後了，不過也取得了一些成果，在偵查破案中發揮了巨大的作用。
在「七五」後期，從1987年起，我國正式立項對DNA指紋技術進行研究，經過兩年的努力，至1989年我國首次把DNA指紋技術應用於辦案，開始了我國 法醫DNA檢驗的新時代。隨著DNA指紋技術的不斷應用，技術人員越來越感到其不能滿足實際工作的需要，存在許多不足之處。
「八五」期間，我國把解決法醫DNA檢驗存在的疑難問題的研究列入重點攻關計劃。在DNA指紋技術的研究中裝備了國產化的多位點探針，建立了用非同位素標 記探針的方法檢測DNA指紋技術;在利用PCR技術進行DNA檢驗的研究中建立了檢測DNA擴增片段長度多態性的方法，用於一系列多態性位點的分析;在解 決毛發、指甲等特殊檢材的檢驗上，建立了測定人類線粒體DNA序列多態性的方法。所有這些成果，擴大了DNA技術檢驗各種檢材的能力，更加適合於實際檢材 的需要，尤其是PCR檢驗方法的建立，使得DNA技術更有生命力，適合於推廣應用。進入
「九五」期間，我國法醫DNA檢驗技術又有了新的發展，除了對一些疑難檢材如骨骼等的檢驗進行研究外，商品化DNA檢驗試劑盒的出現，使DNA檢驗技 術更加規范和標准化，尤其是STR復合擴增技術的應用使DNA檢驗技術步入了新的階段。在檢測方法上，也從銀染法人工染色、肉眼觀察分析結果發展到熒光法 自動電泳收集、計算機分析結果，一次檢驗分析的STR多態性位點顯著增多，最多的一次檢驗可達16個位點，大大提高了個體識別率，達到了同一認定的水平。經過十餘年的刻苦攻關，法醫DNA檢驗技術取得了豐碩的成果，DNA指紋技術正日趨被淘汰。目前，隨著PCR多態性系統的大量增多，基於PCR方法進行的檢驗在個體識別率上顯著提高，在我國使用DNA指紋進行辦案的實驗室也大大減少，該方法在案件鑒定中已基本被淘汰。
STR是存在於人類基因組DNA中的一類具有長度多態性的DNA序列，其核心序列一般由2～6個鹼基構成，不同數目的核心序列呈串聯重復排列，而呈現出長 度多態性。一般認為，人類基因組DNA中平均每6～10kb就有一個STR位點，其多態性成為法醫物證檢驗個人識別和親子鑒定的豐富來源。與DNA指紋技 術相比，基於PCR技術的STR多態性分型在操作上要簡便得多，在靈敏度上要高得多，在檢驗降解DNA的能力上要強得多，在結果分析上要標准得多。同時， 由於STR的擴增片段較短、擴增條件類似，能夠在同一體系中進行復合擴增，一次檢驗就獲得較多的多態性信息。分析STR位點的多態性是法醫DNA檢驗技術 的新突破，目前己成為法醫學上個體識別和親子鑒定主要技術方法。
在檢測方法上，目前國內根據各自實驗室情況的不同，分別採用銀染法和熒光法進行STR的分型。近兩年來，熒光法檢測技術以其快速(一次檢驗僅需數小時)、 靈敏度高(適合現場提取的微量樣品的檢驗)、檢驗結果更加准確(每個泳道內都加入內標)、易於標准化和建立資料庫等優點逐漸代替了銀染法檢測技術，但是使 用熒光自動分析方法對STR位點分型又有所需儀器設備以及所用消耗試劑昂貴的缺陷。

謝謝！

8. DDRT-PCR的發展歷史

mRNA 差別顯示技術（DDRT-PCR ）隨著PCR技術的發展，人們在此基礎上建立起了一系列基於基因分離的新技術新方法。如mRNA差別顯示技術（DDRT-PCR ）、以及進一步改進的代表性差示分析（RAD），抑制性扣除雜交（SSH）和交互扣除RNA 差別顯示技術（RSDD）。
差別顯示PCR是根據絕大多數真核細胞mRNA 的3′端具有的多聚腺苷酸尾（polyA）結構，因此可用含oligo（dT）的寡聚核苷酸為引物將不同的mRNA 反轉錄成cDNA。該方法的創始人Liang P和PardeeA根據Poly A序列起點前2個鹼基除AA外只有12種可能性的特徵，設計合成了12種下游引物，稱3′-錨定引物，其通式為5′-T11MN；同時為擴增出polyA上游500 bp以內所有可能性的mRNA序列，在5′端又設計了20種10 bp長的隨機引物。這樣構成的引物對進行PCR擴增能產生出20000條左右的DNA 條帶，其中每一條都代表一種特定mRNA 類型，這一數字大體涵蓋了在一定發育階段某種細胞類型中所表達的全部mRNA。回收不同組織所特有的差別表達條帶中的DNA ，再擴增至所需含量，進行Southern blot或Northernblot或直接測序，從而對差異條帶鑒定分析，以便最終獲得差異表達的目的基因。
mRNA差別顯示技術（DDRT-PCR ）與示差篩選、扣除雜交相比，具有很多優點：①速度快，較易操作；②由於PCR擴增技術的應用，使得低豐度mRNA 的鑒定成為可能，且靈敏度高，③可同時比較兩種以上不同來源的mRNA樣品間基因表達的差異。
盡管差別顯示技術有以上諸多方面的優點，但在實際操作中仍存在一些問題，主要表現在：①出現差別條帶太多，假陽性率高達70%左右，重復性差，且對高拷貝數的mRNA 具很強的傾向性；②擴增條帶分子長度較短，一般在110-450bp之間。

9. 什麼是PCR

PCR：聚合酶鏈反應(Polymerase Chain Reaction ,PCR)是80年代中期發展起來的體外核酸擴增技術。它具有特異、敏感、產率高、快速、簡便、重復性好、易自動化等突出優點；能在一個試管內將所要研究 的目的基因或某一DNA片段於數小時內擴增至十萬乃至百萬倍,使肉眼能直接觀察和判斷；可從一根毛發、一滴血、甚至一個細胞中擴增出足量的DNA供分析研 究和檢測鑒定。過去幾天幾星期才能做到的事情，用PCR幾小時便可完成。PCR技術是生物醫學領域中的一項革命性創舉和里程碑。

PCR技術簡史
PCR的最早設想 核酸研究已有100多年的歷史，本世紀60年代末、70年代初人們致力於研究基因的體外分離技術，Korana於1971年最早提出核酸體外擴增的設想：「經過DNA變性，與合適的引物雜交，用DNA聚合酶延伸引物，並不斷重復該過程便可克隆tRNA基因」。
PCR的實現 1985年美國PE-Cetus公司人類遺傳研究室的Mullis等發明了具有劃時代意義的聚合酶鏈反應。其原理類似於DNA的體內復制，只是在試管中給 DNA的體外合成提供以致一種合適的條件---摸板DNA，寡核苷酸引物，DNA聚合酶，合適的緩沖體系，DNA變性、復性及延伸的溫度與時間。
PCR的改進與完善 Mullis最初使用的DNA聚合酶是大腸桿菌DNA聚合酶I的 Klenow片段，其缺點是：①Klenow酶不耐高溫，90℃會變性失活，每次循環都要重新加。②引物鏈延伸反應在37℃下進行，容易發生模板和引物之 間的鹼基錯配，其PCR產物特異性較差，合成的DNA片段不均一。此種以Klenow酶催化的PCR技術雖較傳統的基因擴增具備許多突出的優點，但由於 Klenow酶不耐熱，在DNA模板進行熱變性時，會導致此酶鈍化，每加入一次酶只能完成一個擴增反應周期，給PCR技術操作程序添了不少困難。這使得 PCR技術在一段時間內沒能引起生物醫學界的足夠重視。1988年初，Keohanog改用T4 DNA聚合酶進行PCR，其擴增的DNA片段很均一，真實性也較高，只有所期望的一種DNA片段。但每循環一次，仍需加入新酶。1988年Saiki 等從溫泉中分離的一株水生嗜熱桿菌(thermus aquaticus) 中提取到一種耐熱DNA聚合酶。此酶具有以下特點：①耐高溫，在70℃下反應2h後其殘留活性大於原來的90%，在93℃下反應2h後其殘留活性是原來的 60%，在95℃下反應2h後其殘留活性是原來的40%。②在熱變性時不會被鈍化，不必在每次擴增反應後再加新酶。③大大提高了擴增片段特異性和擴增效 率，增加了擴增長度(2.0Kb)。由於提高了擴增的特異性和效率，因而其靈敏性也大大提高。為與大腸桿菌多聚酶I Klenow片段區別，將此酶命名為Taq DNA多聚酶(Taq DNA Polymerase)。此酶的發現使PCR廣泛的被應用。

PCR技術基本原理
PCR技術的基本原理 類似於DNA的 天然復制過程，其特異性依賴於與靶序列兩端互補的寡核苷酸引物。PCR由變性--退火--延伸三個基本反應步驟構成：①模板DNA的變性：模板DNA經加 熱至93℃左右一定時間後，使模板DNA雙鏈或經PCR擴增形成的雙鏈DNA解離，使之成為單鏈，以便它與引物結合，為下輪反應作準備；②模板DNA與引 物的退火(復性)：模板DNA經加熱變性成單鏈後，溫度降至55℃左右，引物與模板DNA單鏈的互補序列配對結合；③引物的延伸：DNA模板--引物結合 物在TaqDNA聚合酶的作用下，以dNTP為反應原料，靶序列為模板，按鹼基配對與半保留復制原理，合成一條新的與模板DNA 鏈互補的半保留復制鏈重復循環變性--退火--延伸三過程，就可獲得更多的「半保留復制鏈」，而且這種新鏈又可成為下次循環的模板。每完成一個循環需 2～4分鍾，2～3小時就能將待擴目的基因擴增放大幾百萬倍。到達平台期(Plateau)所需循環次數取決於樣品中模板的拷貝。
PCR的反應動力學 PCR的三個反應步驟反復進行，使DNA擴增量呈指數上升。反應最終的DNA 擴增量可用Y＝(1＋X)n計算。Y代表DNA片段擴增後的拷貝數，X表示平(Y)均每次的擴增效率，n代表循環次數。平均擴增效率的理論值為100%， 但在實際反應中平均效率達不到理論值。反應初期，靶序列DNA片段的增加呈指數形式，隨著PCR產物的逐漸積累，被擴增的DNA片段不再呈指數增加，而進 入線性增長期或靜止期，即出現「停滯效應」，這種效應稱平台期數、PCR擴增效率及DNA聚合酶PCR的種類和活性及非特異性產物的竟爭等因素。大多數情 況下，平台期的到來是不可避免的。
PCR擴增產物 可分為長產物片段和短產物片段兩部分。短產物片段的長度嚴格地限定在兩個引物鏈5』端之間，是需要擴增的特定片段。短產物片段和長產物片段是由於引物所 結合的模板不一樣而形成的，以一個原始模板為例，在第一個反應周期中，以兩條互補的DNA為模板，引物是從3』端開始延伸，其5』端是固定的，3』端則沒 有固定的止點，長短不一，這就是「長產物片段」。進入第二周期後，引物除與原始模板結合外，還要同新合成的鏈(即「長產物片段」)結合。引物在與新鏈結合 時，由於新鏈模板的5』端序列是固定的，這就等於這次延伸的片段3』端被固定了止點，保證了新片段的起點和止點都限定於引物擴增序列以內、形成長短一致的 「短產物片段」。不難看出「短產物片段」是按指數倍數增加，而「長產物片段」則以算術倍數增加，幾乎可以忽略不計， 這使得PCR的反應產物不需要再純化，就能保證足夠純DNA片段供分析與檢測用。

10. 求PCR（多聚合酶鏈反應技術）發展史！有文獻的砸上來幫下忙。。

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PCR技術

王霄鵬 推薦：栗瑞豐

摘要：PCR是分子生物學的關鍵技術，又是常規技術。它的出現極大地推動了分子生物學的發展，旋即被迅速推廣並應用到生命科學的各個領域。
關鍵詞：PCR、發展簡史、基本原理、基本操作、主要應用

聚合酶鏈式反應（polymerase chain reaction , PCR）是體外擴增DNA序列的技術。它與分子克隆和DNA序列分析方法幾乎構成了整個分子生物學實驗工作的基礎。在這三種技術中，PCR方法理論上出現最早，實踐中應用也最廣泛。PCR技術使對微量的核酸（DNA或RNA）操作變得簡單易行，同時還可以使核酸研究脫離活體生物。PCR技術的發明是分子生物學的一項革命，它極大地推動了分子生物學以及生物技術產業的發展。
PCR技術發展簡史
人類對於核酸的研究已經有100多年的歷史。20世紀60年代末70年代初，人們致力於研究基因的體外分離技術。但是，由於核酸的含量較少，一定程度上限制了DNA的體外操作。Khorana於1971年最早提出核酸體外擴增的設想。但是，當時的基因序列分析方法尚未成熟，對熱具有較強穩定性的DNA聚合酶還未發現，寡核苷酸引物的合成仍處在手工、半自動合成階段，這種想法似乎沒有任何實際意義。
1985年，美國科學家Kary Mullis在高速公路的啟發下，經過兩年的努力，發明了PCR技術，並在Science雜志上發表了關於PCR技術的第一篇學術論文。從此，PCR技術得到了生命科學界的普遍認同，Kary Mullis也因此而獲得1993年的諾貝爾化學獎。
但是，最初的PCR技術相當不成熟，在當時是一種操作復雜、成本高昂、「中看不中用」的實驗室技術。1988年初，Keohanog通過對所使用的酶的改進，提高了擴增的真實性。爾後，Saiki等人又從生活在溫泉中的水生嗜熱桿菌內提取到一種耐熱的DNA聚合酶，使得PCR技術的擴增效率大大提高。也正是由於此酶的發現使得PCR技術得到了廣泛地應用，使該技術成為遺傳與分子生物學 分析的根本性基石。在以後的幾十年裡，PCR方法被不斷改進：它從一種定性的分析方法發展到定量測定；從原先只能擴增幾個kb的基因到目前已能擴增長達幾十個kb的DNA片段。到目前為止，PCR技術已有十幾種之多，例如，將PCR與反轉錄酶結合，成為反轉錄PCR，將PCR與抗體等相結合就成為免疫PCR等。
PCR技術的基本原理和操作
1. PCR的基本原理
PCR的基本工作原理就是以擬擴增的DNA分子為模板，以一對分別與模板互補的寡核苷酸片段為引物，在DNA聚合酶的作用下，按照半保留復制的機理沿著模板鏈延伸直至完成新的DNA合成。通過不斷重復這一過程，可以使目的DNA片段得到擴增。另一方面，新合成的DNA片段也可以作為模板，因而PCR技術可使DNA的合成量呈指數型增長。
2. PCR的基本成分
PCR包括7種基本成分：模板DNA、特異性引物、熱穩定DNA聚合酶、脫氧核苷三磷酸（dNTP）、二價陽離子、緩沖液及一價陽離子。
模板DNA：包括基因組DNA、質粒DNA、噬菌體DNA、預先擴增的DNA、cDNA和mRNA分子等幾乎所有形式的DNA和RNA都能成為PCR技術反應的模板。除此之外，PCR反應還可以直接以細胞為模板。
特異性引物：是一段與模板DNA鏈結合的寡核苷酸片段，對於DNA的擴增起到引發的作用。
熱穩定DNA聚合酶：這是PCR技術實現自動化的關鍵。熱穩定DNA聚合酶是從兩類微生物中分離的：一類是嗜熱和高度嗜熱的真細菌，另一類是嗜熱古細菌。現在又出現了一種兼顧了幾種DNA聚合酶特點的混合型酶。
脫氧核苷三磷酸（dNTP）：是DNA合成的原料，包括dATP、dGTP、dTTP、dCTP。
二價陽離子：常用到Zn2+和Mg2+,作為構成熱穩定性DNA聚合酶的成分之一。
緩沖液：一般使用Tris-Cl緩沖液，標準的為10mmol/L,並將其調節到8.3~8.8之間。
一價陽離子：一般使用50mmol/L的KCl溶液，有利於改善擴增的產物質量。
PCR的基本操作
PCR是一種級聯反復循環的DNA合成反應過程。PCR技術的基本反應由三個步驟組成：
1. 變性：通過加熱使模板DNA完全變性成為單鏈，同時引物自身和引物之間存在的局部雙鏈也得以消除；
2. 退火：將溫度下降至適宜溫度，使引物與模板DNA退火結合；
3. 延伸：將溫度升高，熱穩定DNA聚合酶以dNTP為底物催化合成DNA鏈延伸。
以上三部為一個循環，新合成的DNA分子又可以作為下一輪合成的模板，經多次循環後即可達到擴增DNA片段的目的。
PCR的主要應用
最初建立PCR是為了擴增已知序列的靶基因。因為在PCR方法問世以前，要獲得一個靶基因，必須建立基因文件庫，然後從成千上萬的菌落中通過Southern blot 雜交篩選含有靶基因的克隆。這樣既費時又費錢，特別是在克隆真核生物基因時難度更大。自從建立了PCR方法以後，使克隆已知序列的基因變得非常容易。為了適應分子生物學的快速發展，PCR方法也得到了不斷發展，現在PCR已應用到生命科學的各個領域。
1. 基礎研究方面的應用
目前從事分子生物學的實驗室和研究人員，幾乎每天都在使用PCR，可以說幾乎沒有一個分子生物學家沒有使用過PCR。因此，PCR與分子克隆一樣是分子生物學實驗室的常規方法，可用於達到以下目的：
l 擴增目的基因和鑒定重組子；
l 克隆基因；
l 基因功能和表達調控的研究；
l 基因組測序；
l 制備單鏈模板；
l 致突變；
2. PCR在臨床上的應用
l 在遺傳學上的應用：人類的遺傳性疾病是因為某一鹼基序列發生了突變，使之缺失或形成某一限制性內切酶的識別位點，通過PCR結合限製片段長度多態性分析（PCR-RFLP），就可以從基因的水平對遺傳性疾病進行分析。例如，血友病甲是一種常見的遺傳性出血性疾病，患者體內缺乏凝血因子FVIII這是由於基因第14個外顯子的第336位氨基酸的編碼基因發生了突變，產生了一個新的PstI酶切點，因此可以使用PCR-RFLP對血友病進行診斷。PCR還可以用來檢測遺傳性耳聾和Leber遺傳性視神經病。
l 在腫瘤研究中的應用：PCR已日益廣泛應用於腫瘤的病因與發病機理研究以及腫瘤診斷與治療的研究中。例如，差異顯示PCR技術能針對不同腫瘤尋找其特異而敏感的標志物，並用於腫瘤早期診斷、判斷預後及療效評估。另一方面，在使用普通放療、化療的同時可結合定量PCR技術檢測微小殘留病灶，以進一步改進治療方案。此外，由於癌症的發生在一定意義上是單個細胞分子發生變化，因而可以使用單細胞PCR技術對癌症的發病機理進行研究。
l 檢測病原體
l 在基因分型中的應用：當進行器官移植時並須先組織配型工作，此時常應用序列特異性寡核苷酸多態性PCR（PCR-sequence specific oilgonucleotide polymorphism,PCR-SSOP）對人類白細胞抗原（human leukocyte antigen,HLA）進行分型，使移植成功率大大提高。此外PCR-限制性片段長度多態性也可以用於對HLA的分型。
3. 在法醫學中的應用
例如：最早應用DNA限制性片段長度多態性結合PCR-RFLP來進行法醫學個體識別和親子鑒定。目前發現在真核生物基因組編碼和非編碼序列中的短串聯重復序列的重復次數在個體間存在著差異，因此可以使用短串聯重復PCR技術對其進行分析。使用PCR技術進行法醫鑒定的優點是樣品用量小並且適於對高度降解材料的檢測。除剛才提到的之外，可變數目串聯重復序列（variable number tandem repeat,VN-TR）PCR也可以用於法醫學個體識別和親子鑒定。
所以，綜上所述，PCR的確是一種分子生物學研究的基礎技術。在它30多年的發展中衍生出了諸如PCR-RFLP、PCR-SSOP、VN-TR，以及免疫PCR、致突變PCR和定量PCR等十幾種不同的技術方法。PCR技術可以為基因工程提供目的基因，並廣泛地應用於個體識別、親子鑒定、免疫配型、疾病診斷等方面。可以說，PCR已經滲透到了生命科學的各個領域。21世紀是生物工程的世紀。我相信，在今後的發展中PCR技術會不斷地得到擴充和完善，PCR技術也將發揮著越來越重要的作用。
參考書目：黃留玉，PCR最新技術原理、方法及應用，北京，化學工業出版社，現代生物技術與醫葯科技出版中心，2005年