PCR和RT-PCR技术- 点击： 作者： 来源： 日期：2006-11-09 本站论坛
| PCR基础 |
聚合酶链式反应（PCR）过程利用模板变性，引物退火和引物延长的多个循环来扩增DNA序列。这是一个指数增长的过程，因为上一轮的扩增产物又作为下一轮扩增的模板，使其成为检测核酸的一种非常灵敏的技术。一般，经过20-30个循环得到的扩增产物就足够在溴化乙锭染色的凝胶上观察到。反应包括几个成分（表1）。模板可以为纯化的基因组或质粒DNA；由RNA转化得到的cDNA；或未经纯化的粗制生物样品，如细菌克隆或噬菌斑。引物确定了扩增产物的序列和长度。最常用的热稳定聚合酶是Taq DNA聚合酶。这种酶适用于常规扩增，但是使用其他热稳定聚合酶会改善结果。扩增反应还包括缓冲液，三磷酸脱氧核苷及镁离子。镁离子浓度影响酶的活性、引物退火、模板和PCR产物的熔点（Tm），忠实性以及引物二聚体的形成等。在随后的章节中将讨论这些成分、循环参数以及其他参与作用的因子相互间各种作用对于成功PCR的影响。 |
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表1. 反应成分
| Component |
Final Concentration |
| Template |
10^4-10^6 copies of DNA template |
| Primer 1 |
0.1-0.5µM |
| Primer 2 |
0.1-0.5µM |
| 10X Reaction buffer |
1X |
| Magnesium |
1.0-3.0mM |
| dNTP mix |
200 mM each dNTP |
| Thermostable DNA polymerase |
1-4 units/100 ml reaction | |
RT-PCR基础 |
RT-PCR将以RNA为模板的cDNA合成同PCR结合在一起，提供了一种分析基因表达的快速灵敏的方法。RT-PCR用于对表达信息进行检测或定量。另外，这项技术还可以用来检测基因表达差异或不必构建cDNA文库克隆cDNA。RT-PCR比其他包括Northern印迹、RNase保护分析、原位杂交及S1核酸酶分析在内的RNA分析技术，更灵敏，更易于操作。 |
| RT-PCR的模板可以为总RNA或poly(A)+选择性RNA。逆转录反应可以使用逆转录酶，以随机引物、oligo(dT)或基因特异性的引物（GSP）起始。RT-PCR可以一步法或两步法的形式进行。在两步法RT-PCR中，每一步都在最佳条件下进行。cDNA的合成首先在逆转录缓冲液中进行，然后取出1/10的反应产物进行PCR。在一步法RT-PCR中，逆转录和PCR在同时为逆转录和PCR优化的条件下，在一只管中顺次进行。 |
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图1. RT-PCR概图 |
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增加RT-PCR灵敏度
分离高质量RNA |
成功的cDNA合成来自高质量的RNA。高质量的RNA至少应保证全长并且不含逆转录酶的抑制剂，如EDTA或SDS。RNA的质量决定了你能够转录到cDNA上的序列信息量的最大值。一般的RNA纯化方法是使用异硫氰酸胍／酸性酚的一步法。Trizol试剂法（见下图）将一步法加以提高，可以从多种组织和细胞中提取高质量的非降解RNA。Trizol试剂法可以从最少100个细胞或1mg组织中提取RNA。 |
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TRIzol®试剂步骤略图 |
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一般不必使用oligo(dT)选择性分离poly(A)+RNA。不管起始模板是总RNA还是poly(A)+ RNA，都可以检测到扩增结果（图2）。另外，分离poly(A)+ RNA会导致样品间mRNA丰度的波动变化，从而使信息的检出和定量产生偏差。然而，当分析稀有mRNA时，poly(A)+ RNA会增加检测的灵敏度。 |
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| 图2. 总RNA和poly(A)+ RNA在RT-PCR中的比较 |
| 以5或1μg Hela细胞总RNA（分别为泳道1和2）或500ng和50ng Hela细胞poly(A)+ RNA（分别为泳道3和4）。使用oligo(dT)引物和SuperScriptⅡ逆转录酶合成cDNA。扩增对象为DNA聚合酶εmRNA 5'端377bp片段和复制酶A mRNA的643bp片段，两者都为中等丰度。将1/10的cDNA合成反应产物使用Taq DNA聚合酶扩增30个循环。 |
为了防止痕量RNase的污染，从富含RNase的样品（如胰脏）中分离到的RNA需要贮存在甲醛中以保存高质量的RNA，对于长期贮存更是如此。从大鼠肝脏中提取的RNA，在水中贮存一个星期就基本降解了，而从大鼠脾脏中提取的RNA，在水中保存3年仍保持稳定。另外，长度大于4kb的转录本对于痕量RNase的降解比小转录本更敏感。为了增加贮存RNA样品的稳定性，可以将RNA溶解在去离子的甲酰胺中，存于-70℃。用于保存RNA的甲酰胺一定不能含有降解RNA的杂物。来源于胰脏的RNA至少可以在甲酰胺中保存一年。当准备使用RNA时，可以使用下列方法沉淀RNA：加入NaCl至0.2M及4倍体积的乙醇，室温放置3-5分钟，10,000×g离心5分钟。 |
| 在逆转录反应中经常加入RNase抑制剂以增加cDNA合成的长度和产量。RNase抑制剂要在第一链合成反应中，在缓冲液和还原剂（如DTT）存在的条件下加入，因为cDNA合成前的过程会使抑制剂变性，从而释放结合的可以降解RNA的RNase。蛋白RNase抑制剂仅防止RNase A，B，C对RNA的降解，并不能防止皮肤上的RNase，因此尽管使用了这些抑制剂，也要小心不要从手指上引入RNase。 |
使用无RNaseH活性（RNaseH-）的逆转录酶 |
逆转录酶催化RNA转化成cDNA。不管是M-MLV还是AMV，在本身的聚合酶活性之外，都具有内源RNaseH活性。RNaseH活性同聚合酶活性相互竞争RNA模板与DNA引物或cDNA延伸链间形成的杂合链，并降解RNA：DNA复合物中的RNA链。被RNaseH活性所降解的RNA模板不能再作为合成cDNA的有效底物，降低了cDNA合成的产量和长度。因此消除或大大降低逆转录酶的RNaseH活性将会大有裨益。 |
| SuperScriptⅡ逆转录酶，RNaseH- 的MMLV逆转录酶及ThermoScript逆转录酶，RNaseH- 的 AMV，比MMLV和AMV得到更多量和更多全长的cDNA（图3）。RT-PCR灵敏度会受cDNA合成量的影响。ThermoScript比AMV的灵敏性强得多（图4）。RT-PCR产物的大小受限于逆转录酶合成cDNA的能力，尤其是克隆较大的cDNA时。同MMLV相比，SuperScripⅡ显著提高了长RT-PCR产物的产量（图5）。RNaseH- 的逆转录酶同时增加了热稳定性，所以反应可以在高于正常的37-42℃的温度下进行。 |
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| 图3 逆转录酶对cDNA第一链产量的影响 |
在建议的合成条件下，使用oligo(dT)引物和10μCi的[α- P]dCTP。第一链的总产量使用TCA沉淀法计算。全长cDNA使用在碱性琼脂糖胶上将大小分类的条带切除并计数的方法分析。 |
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| 图4 逆转录酶对RT-PCR灵敏度的影响 |
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图5 逆转录酶对长模板RT-PCR灵敏度的影响 |
| 以oligo(dT)为引物，使用ThermoScriptⅡ或AMV，在50℃下由Hela细胞总RNA合成cDNA。使用Platinum® Taq DNA聚合酶和人DNA聚合酶ε引物进行35个循环。 |
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人tuberous scherosis ⅡmRNA（5.3kb）和人DNA聚合酶εmRNA的全长cDNA的合成由SuperScriptⅡ和MMLV催化。利用oligo(dT)为引物，由5μg Hela细胞总RNA合成cDNA。样品使用RNaseH处理，然后使用ELONGASE? Enzyme Mix将1/10的cDNA合成反应产物扩增35个循环。 |
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| RNaseH产生的障碍 |
| RNaseH对第一链cDNA的影响。RNaseH在cDNA合成期间降解RNA:DNA复合体中的RNA。红色箭头代表潜在的酶切位点。 |
提高逆转录保温温度 |
较高的保温温度有助于RNA二级结构的打开，增加了反应的产量。对于多数RNA模板，在没有缓冲液或盐的条件下，将RNA和引物在65℃保温，然后迅速置于冰上冷却，可以消除大多数二级结构，从而使引物可以结合。然而某些模板仍然会存在二级结构，即使热变性后也是如此。对这些困难模板的扩增可以使用ThermoScript逆转录酶，并将逆转录反应置于较高温度下进行以改善扩增（图6）。较高的保温温度也可以增加特异性，尤其是当使用基因特异性引物（GSP）进行cDNA合成时（见第三章）。如果使用GSP，确保引物的Tm值与预计的保温温度相同。不要在高于60℃时使用oligo(dT)和随机引物。随机引物需要在增加到60℃前在25℃保温10分钟。除了使用较高的逆转录温度外，还可以通过直接将RNA/引物混合物从65℃变性温度转到逆转录保温温度，并加入预热的2×的反应混合物提高特异性（cDNA热启动合成）。这种方法有助于防止较低温度时所发生的分子间碱基配对。使用PCR仪可以简化RT-PCR所需的多种温度切换。 |
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| 图6 温度对不同模板的影响 |
| 使用ThermoScript或AMV，以18S rRNA基因特异性引物，由10ng大豆总RNA在所示温度合成cDNA。将1/10的cDNA反应产物使用高保真Platinum Taq DNA聚合酶进行40个PCR反应循环。 |
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表2. 逆转录保温温度
| Reverse Transcriptase |
Incubation Temperature |
| AMV |
37°C-45°C |
| M-MLV |
37°C |
| SuperScript™II RT |
37°C-50°C |
| ThermoScript™ RT |
42°C-65°C |
| RNA在高于65℃时开始水解，对于≤1kb的RNA第一链合成温度可以为70℃，对于＞1kb的RNA则需要＜65℃。 |
Tth热稳定聚合酶在Mg 存在条件下 作为DNA聚合酶，在Mn存在条件下作为RNA聚合酶。它可以在最高65℃条件下保温。然而，PCR过程中Mn的存在会降低忠实性，这使得Tth聚合酶不太适合用于高精确度的扩增，如cDNA的克隆。另外，Tth的逆转录效率较低，这会降低灵敏度，而且，既然单个酶就可以进行逆转录和PCR，那么没有逆转录的对照反应就不能用来将cDNA的扩增产物同污染的基因组DNA的扩增产物区分开来。 |
促进逆转录的添加剂 |
包括甘油和DMSO在内的添加剂加到第一链合成反应中，可以减低核酸双链的稳定并解开RNA二级结构，最多可以加入20％的甘油或10％的DMSO而不影响SuperScriptⅡ或MMLV的活性。AMV也可以耐受最多20％的甘油而不降低活性。为了在SuperScriptⅡ逆转录反应中最大限度提高RT-PCR的灵敏度，可以加入10％的甘油并在45℃保温。如果1/10的逆转录反应产物加入到PCR中，那甘油在扩增反应中的浓度为0.4％，这不足以抑制PCR。 |
RNaseH处理 |
在PCR之前使用RNaseH处理cDNA合成反应可以提高灵敏度。对于某些模板，据认为cDNA合成反应中的RNA会阻止扩增产物的结合，在这种情况下，RNaseH处理可以增加灵敏度。一般当扩增较长的全长cDNA目标模板时，RNaseH处理是必需的，比如低拷贝的tuberous scherosisⅡ（图7）。对这种困难模板，RNaseH的处理加强了SuperScriptⅡ或AMV合成的cDNA所产生的信号。对于多数RT-PCR反应，RNaseH处理是可选的，因为95℃保温的PCR变性步骤一般会将RNA：DNA复合物中的RNA水解掉。 |
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| 图7 RNaseH处理对RT-PCR的影响 |
| 使用SuperScriptⅡ（S）、M-MLV（M）或AMV（A），由5μg Hela RNA合成人tuberous sclerosisⅡmRNA（5.3kb）的全长cDNA，反应产物的一半使用RnasH处理30分钟，使用ELONGASE Enzyme Mix对相当于起始RNA 0.5％的经处理及未处理逆转录产物进行35个循环的扩增。 |
小量RNA检测方法的提高 |
当仅有小量RNA时，RT-PCR尤其具有挑战性。在RNA分离过程中加入的作为载体的糖元有助于增加小量样品的产量。可以在加入Trizol的同时加入无RNase的糖元。糖元是水溶性的，可以同RNA保持在水相中以辅助随后的沉淀。对于小于50mg的组织或106个培养细胞的样品，无RNase糖元的建议浓度为250μg/ml。 |
| 在使用SuperScriptⅡ的逆转录反应中加入乙酰化BSA可以增加灵敏度（图8），而且对于小量RNA，减少SuperScriptⅡ的量并加入40单位的RnaseOut核酸酶抑制剂可以提高检测的水平。如果在RNA分离过程中使用了糖元，仍然建议在使用SuperScriptⅡ进行逆转录反应时加入BSA或RNase抑制剂。 |
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| 图9 一步法RT-PCR的灵敏度 |
| 使用SuperScriptⅡOne-Step RT-PCR System从0，0.1，1，10，102，103pg Hela总RNA（分别为泳道1-6）扩增β-actin片段。反应在50℃保温30分钟；94℃2分钟；然后94℃15秒，55℃30秒，68℃90秒进行40个循环；随后在68℃保温5分钟。反应中包含200 nM正义和反义引物。 |
一步法同两步法RT-PCR的比较 |
两步法RT-PCR比较常见，在使用一个样品检测多个mRNA时比较有用。然而一步法RT-PCR具有其他优点（表3）。一步法RT-PCR在处理大量样品时易于操作，有助于减少残余污染，因为在cDNA合成和扩增之间不需要打开管盖。一步法可以得到更高的灵敏度，最低可以达到0.1pg总RNA，这是因为整个cDNA样品都被扩增（图9）。对于成功的一步法RT-PCR，一般使用反义的基因特异性引物起始cDNA合成。 |
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表3. 一步法和两步法RT-PCR的比较
| 两步法步骤 |
一步法步骤 |
| 起始第一链cDNA合成使用： |
起始第一链合成使用 |
| Oligo(dT) |
GSP引物 |
| 随机六聚体 |
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| GSP引物 |
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| 优点 |
优点 |
| •灵活 |
•方便 |
| 引物选择 |
扩增酶同逆转录酶预先混合 |
| 扩增酶的选择 |
转管步骤少，减少污染可能性 |
| •困难RT-PCR的优化能力 |
•高灵敏度 |
| 同Platinum®酶结合提高特异性 |
•适用于大量样品分析 |
| 同Platinum Pfx Taq DNA聚合酶结合提高忠实性 |
•适用于定量PCR |
| •适用于在单个样品中检测几个mRNA |
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| 关于扩增酶和产物大小应注意： |
| •对于小于4kb的产物使用Taq DNA聚合酶或Platinum Taq DNA聚合酶 |
| •对于小于12kb的产物使用Platinum Pfx Taq DNA聚合酶或Platinum Taq DNA Polymerase High Fidelity |
| •对于大于12kb的产物使用ELONGAE® Enzyme Mix |
| •对于一步法RT-PCR，如果产物小于3.5kb，使用Taq DNA聚合酶或Platinum Taq DNA聚合酶；如果产物小于9kb，使用Platinum Taq DNA Polymerase High Fidelity。 |
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| 图9 一步法RT-PCR的灵敏度 |
| 使用SuperScriptⅡOne-Step RT-PCR System从0，0.1，1，10，102，103pg Hela总RNA（分别为泳道1-6）扩增β-actin片段。反应在50℃保温30分钟；94℃2分钟；然后94℃15秒，55℃30秒，68℃90秒进行40个循环；随后在68℃保温5分钟。反应中包含200 nM正义和反义引物。 |
增加RT-PCR特异性
| 第一链cDNA合成的起始可以使用三种不同的方法，各种方法的相对特异性影响了所合成cDNA的量和种类。 |
| 随机引物法是三种方法中特异性最低的。引物在整个转录本的多个位点退火，产生短的，部分长度的cDNA。这种方法经常用于获取5'末端序列及从带有二级结构区域或带有逆转录酶不能复制的终止位点的RNA模板获得cDNA。为了获得最长的cDNA，需要按经验确定每个RNA样品中引物与RNA的比例。随机引物的起始浓度范围为50到250ng每20μl反应体系。因为使用随机引物从总RNA合成的cDNA主要是核糖体RNA，所以模板一般选用poly(A)+RNA。 |
| Oligo(dT)起始比随机引物特异性高。它同大多数真核细胞mRNA 3'端所发现的poly(A)尾杂交。因为poly(A)+RNA大概占总RNA的1%到2％，所以与使用随机引物相比，cDNA的数量和复杂度要少得多。因为其较高的特异性，oligo(dT)一般不需要对RNA和引物的比例及poly(A)+选择进行优化。建议每20μl反应体系使用0.5μg oligo(dT)。oligo(dT)12-18适用于多数RT-PCR。ThermoScript RT-PCR System提供了oligo(dT)20，因为其热稳定性较好，适用于较高的保温温度。 |
基因特异性引物（GSP）对于逆转录步骤是特异性最好的引物。GSP是反义寡聚核苷，可以特异性地同RNA目的序列杂交，而不象随机引物或oligo(dT)那样同所有RNA退火。用于设计PCR引物的规则同样适用于逆转录反应GSP的设计。GSP可以同与mRNA3'最末端退火的扩增引物序列相同，或GSP可以设计为与反向扩增引物的下游退火。对于部分扩增对象，为了成功进行RT-PCR，需要设计多于一个反义引物，因为目的RNA的二级结构可能会阻止引物结合。建议在20μl的第一链合成反应体系中使用1pmol反义GSP。 |
提高逆转录保温温度 |
为了充分利用GSP特异性的全部优点，应该使用有较高热稳定性的逆转录酶。热稳定逆转录酶可以在较高温度保温以增加反应严谨性。比如，如果一个GSP退火温度为55℃，那么如果使用AMV或M-MLV在低严谨性的37℃进行逆转录，GSP所带有的特异性就没有完全利用。然而SuperScripⅡ和ThermoScript可以在50℃或更高进行反应，（表2）这就会消除较低温度时产生的非特异性产物（图10）。为获得最大的特异性，可以将RNA/引物混合物直接从65℃变性温度转移到逆转录保温温度，并加入预热的2×反应混合液（cDNA合成热启动）。这有助于防止低温时分子间碱基配对。使用PCR仪可以简化RT-PCR所需的多种温度转换。 |
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图10. 逆转录温度对RT-PCR特异性的影响 |
| 使用ThermoScript™和设计用来同人DNA聚合酶εmRNA退火的GSP，由1μg Hela RNA合成cDNA。Thermoscript加入到预热的反应混合液中，使用Platinum Taq DNA聚合酶对1/10的cDNA进行35个循环的PCR。 |
减少基因组DNA污染 |
RT-PCR所遇到的一个潜在的困难是RNA中沾染的基因组DNA。使用较好的RNA分离方法，如Trizol Reagent，会减少RNA制备物中沾染的基因组DNA。为了避免产生于基因组DNA的产物，可以在逆转录之前使用扩增级的DNaseⅠ对RNA进行处理以除去沾染的DNA。将样品在2.0mM EDTA中65℃保温10分钟以终止DNaseⅠ消化。EDTA可以螯合镁离子，防止高温时所发生的依赖于镁离子的RNA水解。 |
为了将扩增的cDNA同沾染的基因组DNA扩增产物分开，可以设计分别同分开的外显子退火的引物。来源于cDNA的PCR产物会比来源于沾染的基因组DNA的产物短。另外对每个RNA模板进行一个无逆转录的对照实验，以确定一个给定片段是来自基因组DNA还是cDNA。在无逆转录时所得到的PCR产物来源于基因组。 |
增加PCR特异性
| 引物设计 |
细心地进行引物设计是PCR中最重要的一步。理想的引物对只同目的序列两侧的单一序列而非其他序列退火。设计糟糕的引物可能会同扩增其他的非目的序列。下面的指导描述了一个可以增加特异性的引物所具有的令人满意的特点： |
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| * |
典型的引物18到24个核苷长。引物需要足够长，保证序列独特性，并降低序列存在于非目的序列位点的可能性。但是长度大于24核苷的引物并不意味着更高的特异性。较长的序列可能会与错误配对序列杂交，降低了特异性，而且比短序列杂交慢，从而降低了产量。 |
| * |
选择GC含量为40％到60％或GC含量反映模板GC含量的引物。 |
| * |
设计5'端和中间区为G或C的引物。这会增加引物的稳定性和引物同目的序列杂交的稳定性。 |
| * |
避免引物对3'末端存在互补序列，这会形成引物二聚体，抑制扩增。 |
| * |
避免3'末端富含GC。设计引物时保证在最后5个核苷中含有3个A或T。 |
| * |
避免3'末端的错误配对。3'端核苷需要同模板退火以供聚合酶催化延伸。 |
| * |
避免存在可能会产生内部二级结构的序列，这会破坏引物退火稳定性。 |
目的序列上并不存在的附加序列，如限制位点和启动子序列，可以加入到引物5'端而不影响特异性。当计算引物Tm值时并不包括这些序列，但是应该对其进行互补性和内部二级结构的检测。 |
有时候，仅有有限的序列信箱可供用于引物设计。比如，如果仅知道氨基酸序列，可以设计简并引物。简并引物是指代表编码单个氨基酸所有不同碱基可能性的不同序列的混合物。为了增加特异性，可以参考密码子使用表，根据不同生物的碱基使用偏好，减少简并性。次黄嘌呤可以同所有的碱基配对，降低引物的退火温度。不要在引物的3'端使用简并碱基，因为3'端最后3个碱基的退火足以在错误位点起始PCR。使用较高的引物浓度（1μM到3μM），因为许多简并混合物中的引物不是特异性针对目的模板。 |
引物退火温度 |
引物的另一个重要参数是熔解温度（Tm）。这是当50％的引物和互补序列表现为双链DNA分子时的温度。Tm对于设定PCR退火温度是必需的。在理想状态下，退火温度足够低，以保证引物同目的序列有效退火，同时还要足够高，以减少非特异性结合。合理的退火温度从55℃到70℃。退火温度一般设定比引物的Tm低5℃。 |
| 设定Tm有几种公式。表5列出确定引物Tm最常用的两种方法。第一个公式来源于高盐溶液中的杂交，适用于小于18碱基的引物。第二个公式根据GC含量估算Tm。确定引物Tm最可信的方法是近邻分析法。这种方法从序列一级结构和相邻碱基的特性预测引物的杂交稳定性。大部分计算机程序使用近邻分析法。 |
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| 表5. 估算Tm的公式 |
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根据所使用的公式及引物序列的不同，Tm会差异很大。因为大部分公式提供一个估算的Tm值，所有退火温度只是一个起始点。可以通过分析几个逐步提高退火温度的反应以提高特异性。开始低于估算的Tm5℃，以2℃为增量，逐步提高退火温度。较高的退火温度会减少引物二聚体和非特异性产物的形成。为获得最佳结果，两个引物应具有近似的Tm值。引物对的Tm差异如果超过5℃，就会由于在循环中使用较低的退火温度而表现出明显的错误起始。如果两个引物Tm不同，将退火温度设定为比最低的Tm低5℃。或者为了提高特异性，可以在根据较高Tm设计的退火温度先进行5个循环，然后再根据较低Tm设计的退火温度进行剩余的循环。这使得在较为严谨的条件下可以获得目的模板的部分拷贝。 |
递减PCR |
递减PCR通过在PCR的前几个循环使用严谨的退火条件提高特异性。循环在比估算的Tm高大约5℃的退火温度下开始，然后每个循环降低1℃到2℃，直到退火温度低于Tm 5℃。只有同同源性最高的目的模板会被扩增。这些产物在随后的循环中继续扩增，并会将扩增的非特异性产物排挤出去。递减PCR对于那些不了解引物和目的模板同源性程度的方法较为有用，如AFLP DNA指纹分析。 |
引物浓度 |
引物的浓度会影响特异性。最佳的引物浓度一般在0.1到0.5μM。较高的引物浓度会导致非特异性产物扩增。为了确定引物浓度，可以在260nm（OD260）测量光密度值。然后使用光吸收值和微摩消光系数的倒数（nmol/OD），通过Beers法则（公式1）计算引物浓度。微摩消光系数可以使用公式2计算。与大分子双链DNA可以使用平均消光系数不同，确定引物的精确浓度必须使用计算的消光系数。这是因为引物较短，碱基组成差异很大。在Gibco/BRL定制引物的质检报告中包含了消光系数（OD/μmol）和消光系数的倒数（μmol/OD）。另外，不要使用寡聚核苷酸作为标准，在EB染色的胶上估算引物浓度，因为引物和标准的染色能力根据序列不同而差异很大。 |
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| 公式1 |
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| 公式2 |
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引物纯度和稳定性 |
定制引物的标准纯度对于大多数PCR应用是足够的（表6）。使用Invitrogen™ Parallel Array Synthesis™技术，不必除盐。同其他方法相比，在Parallel Array Synthesis™技术中，通过脱盐而除去的苯甲酰基和异丁酰基很少，因此不会干扰PCR。部分应用需要纯化，以除去在合成过程中的任何非全长序列。这些截断序列的产生是因为DNA合成化学的效率不是100％。这是个循环过程，在每个碱基加入时使用重复化学反应，使DNA从3'到5'合成。在任何一个循环都可能失败。较长的引物，尤其是大于50个碱基，截断序列的比例很大，可能需要纯化。 |
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表6. 用于PCR应用的引物最低建议纯度
| Application |
Minimum Suggested Purity |
| PCR |
Standard |
| First-strand cDNA synthesis for RT-PCR |
Standard |
| AFLP® technology |
Standard |
PCR using primers with 5' sequences
(restriction endonuclease sites,RNA polymerase promoter sites,etc) |
Cartridge |
| PCR primers > 50bases |
PAGE |
| Cycle sequencing |
Standard |
| Isothermal sequencing |
Desalted |
| Site-directed mutagenesis |
Cartridge |
| CFLP™ techmology |
Desalted |
引物产量受合成化学的效率及纯化方法的影响。Invitrogen?以一个最小OD单位确保总寡核苷的产量（表7）。定制引物以干粉形式运输。最好在TE重溶引物，使其最终浓度为100μM。TE比去离子水好，因为水的pH经常偏酸，会引起寡核苷的水解。 |
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表7. 各种纯化方法的最低寡核苷酸产量
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Minimum Yield(OD) for Different Primer Purities* |
| Number of Bases |
Synthesis Scale |
Standard/Desalted |
Cartridge |
HPLC |
PAGE |
| 大于20 |
50nmole |
2 |
2 |
NA |
NA |
| 200nmole |
8 |
8 |
3 |
1 |
| 1µmol |
20 |
20 |
10 |
3 |
| 10µmol |
200 |
NA |
100 |
30 |
| 大于等于20 |
50nmole |
5 |
2 |
NA |
NA |
| 200nmole |
20 |
10 |
3 |
1 |
| 1µmol |
50 |
25 |
15 |
5 |
| 10µmol |
500 |
NA |
150 |
50 |
| Note:For primers > 50 bases, PAGE purification is recommended and HPLC is not an option. |
| NA is not available. |
| *These Yields are seen with the following 5' modifications: biotin, fluorescein(FITC), rhodamine, primary amines(NH2), phosphate(PO4), HEX, TET, FAM, and phosphorothioates(S-Oligos), Other modifications may have slightly lower yields. |
引物的稳定性依赖于储存条件。应将干粉和溶解的引物储存在-20℃。以大于10μM浓度溶于TE的引物在-20℃可以稳定保存6个月，但在室温（15℃到30℃）仅能保存不到1周。干粉引物可以在-20℃保存至少1年，在室温（15℃到30℃）最多可以保存2个月。 |
热启动 |
热启动PCR是除了好的引物设计之外，提高PCR特异性最重要的方法之一。尽管Taq DNA聚合酶的最佳延伸温度在72℃，聚合酶在室温仍然有活性。因此，在进行PCR反应配制过程中，以及在热循环刚开始，保温温度低于退火温度时会产生非特异性的产物。这些非特异性产物一旦形成，就会被有效扩增。在用于引物设计的位点因为遗传元件的定位而受限时，如定点突变、表达克隆或用于DNA工程的遗传元件的构建和操作，热启动PCR尤为有效。 |
| 限制Taq DNA聚合酶活性的常用方法是在冰上配制PCR反应液，并将其置于预热的PCR仪。这种方法简单便宜，但并不能完全抑制酶的活性，因此并不能完全消除非特异性产物的扩增。 |
热启动通过抑制一种基本成分延迟DNA合成，直到PCR仪达到变性温度。包括延缓加入Taq DNA聚合酶在内的大部分手工热启动方法十分烦琐，尤其是对高通量应用。其他的热启动方法使用蜡防护层将一种基本成分，如镁离子或酶，包裹起来，或者将反应成分，如模板和缓冲液，物理地隔离开。在热循环时，因蜡熔化而把各种成分释放出来并混合在一起。象手动热启动方法一样，蜡防护层法比较烦琐，易于污染，不适用于于高通量应用。 |
Platinum DNA聚合酶对于自动热启动PCR来说方便高效（图20）。Platinum Taq DNA聚合酶的成分为复合有抗Taq DNA聚合酶单克隆抗体的重组Taq DNA聚合酶。抗体在PCR配制以及在室温的延时保温过程中抑制酶的活性。Taq DNA聚合酶在变性步骤的94℃保温过程中被释放到反应中，恢复了完全的聚合酶活性。同经化学修饰用于热启动的Taq DNA聚合酶相比，Platinum酶不需要在94℃延时保温（10到15分钟）以激活聚合酶。使用Platinum Taq DNA聚合酶，在94℃进行2分钟就可以恢复90％的Taq DNA聚合酶活性。 |
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| 图20. 使用Platinum® Taq DNA聚合酶增加特异性 |
| A组. 人基因组DNA内克隆的HIV DNA的检测。带有HIV gag区域的1000个质粒DNA拷贝同100ng的基因组DNA混合，使用gag区域的引物进行扩增。泳道1. 使用Taq DNA聚合酶，在室温配制反应液。泳道2. 使用Taq DNA聚合酶，通过在94℃加入酶而手工热启动。泳道3. 使用Platinum Taq DNA聚合酶，在室温配制反应液。B组. 由100ng人基因组DNA扩增4.1kb的人β-球蛋白。泳道1. 使用Taq DNA聚合酶，在室温配制反应液。泳道2. 使用Taq DNA聚合酶，在冰上配制反应液并放置在预热（80℃）的PCR仪。泳道3. 使用Platinum Taq DNA聚合酶，在室温配制反应液。 |
镁离子浓度 |
镁离子影响PCR的多个方面，如DNA聚合酶的活性，这会影响产量；再如引物退火，这会影响特异性。dNTP和模板同镁离子结合，降低了酶活性所需要的游离镁离子的量。最佳的镁离子浓度对于不同的引物对和模板都不同，但是包含200μM dNTP的典型PCR起始浓度是1.5mM（注意：对实时定量PCR，使用3到5mM带有荧光探针的镁离子溶液）。较高的游离镁离子浓度可以增加产量，但也会增加非特异性扩增，降低忠实性。为了确定最佳浓度，从1mM到3mM，以0.5mM递增，进行镁离子滴定。为减少对镁离子优化的依赖，可以使用Platinum Taq DNA聚合酶。Platinum Taq DNA聚合酶能够在比Taq DNA聚合酶更广的镁离子浓度范围内保持功能，因此仅需较少的优化（图21）。 |
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| 图21. 使用Platinum® Taq DNA聚合酶拓宽镁离子浓度范围 |
| 由100ng人基因组DNA扩增人β-球蛋白基因的2.8kb区域。A组，使用Taq DNA聚合酶，在冰上配制反应液并放置在预热（80℃）的PCR仪。B组，使用Platinum Taq DNA聚合酶，在室温配制反应液。 |
促进PCR的添加剂 |
退火温度，引物设计和镁离子浓度的优化足以对大多数模板进行高特异性的扩增，但是，某些模板，包括高GC含量的模板，需要其他的措施。影响DNA熔解温度的添加剂提供了提高产物特异性和产量的另外一种方法（图22）。为获得最好的结果需要模板的完全变性。另外，二级结构会阻止引物结合和酶的延伸。PCR添加剂，包括甲酰胺，DMSO，甘油，甜菜碱以及PCRx Enhancer Solution可以增强扩增。它们可能的机理是降低熔解温度，从而有助于引物退火并辅助DNA聚合酶延伸通过二级结构区。PCRx Solution还有其他优点。在同Platinum Taq DNA聚合酶（图22）和Platinum Pfx DNA聚合酶一起使用时，基本上不需要优化镁离子浓度。这样，将Platinum技术同添加剂结合，增强了特异性，同时减少了第三种方法-镁离子优化的依赖。为获得最佳结果，应优化添加剂的浓度（图23），尤其是会抑制Taq DNA聚合酶的DMSO，甲酰胺和甘油。 |
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| 图22. 使用PCRx Enhancer Solution提高特异性 |
| 使用Platinum® Taq DNA聚合酶，由100ng人基因组DNA扩增一条156bp的片段（GC含量62％）。使用标准PCR缓冲液（A组）或带有1×PCRx Enhancer Solution的PCRx Amplificaton Buufer（B组），测试不同的MgCl2浓度（泳道1到4分别为1.0，1.5，2.0，2.5mM）。循环在94℃ 30秒，60℃ 30秒，68℃ 1分钟进行35个循环。 |
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| 图23. 测试PCRx Enhancer Solution的不同浓度 |
| 在带有不同量PCRx Enhancer Solution（0到4×）的1×PCRx Amplificaton Buufer中，使用Platinum® Taq DNA聚合酶，对包含三核苷重复的149bp序列（GC含量78％）进行扩增。 |
巢式PCR |
使用巢式引物进行连续多轮扩增可以提高特异性和灵敏度。第一轮是15到20个循环的标准扩增。将一小部分起始扩增产物稀释100到1000倍加入到第二轮扩增中进行15到20个循环。或者，也可以通过凝胶纯化将起始扩增产物进行大小选择。在第二轮扩增中使用一套巢式引物，其可以同第一套引物内侧的靶序列结合。巢式PCR的使用降低了扩增多个靶位点的可能性，因为同两套引物都互补的靶序列很少。而使用同样的引物对进行总数相同的循环（30到40）会扩增非特异性靶位点。巢式PCR可以增加有限量靶序列（如稀有mRNA）的灵敏度，并且提高了困难PCR（如5' RACE）的特异性。 |
增加PCR灵敏度
| 模板质量 |
模板的质量会影响产量。DNA样品中发现有多种污染物会抑制PCR。一些在标准基因组DNA制备中使用的试剂，如SDS，在浓度低至0.01％时就会抑制扩增反应。分离基因组DNA较新的方法包括了DNAZol，一种胍去垢剂裂解液，以及FTA Gene Guard System，其可以同基质结合，在血液及其他生物样品中纯化贮存DNA（表8）。 |
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表8. 基因组DNA分离方法
| Method |
Description |
| Proteinase K/phenol extraction |
Classic method |
| DNAzol® Reagents |
Fast, phenol-free DNA isolation |
模板浓度 |
起始模板的量对于获得高产量很重要。对大多数扩增满意，104到106个起始目的分子就足以在溴化乙锭染色胶上观察到。所需的最佳模板量取决于基因组的大小（表9）。举例说，100ng到1μg的人类基因组DNA，相当于3×104到3×105个分子，对于足以检测到单拷贝基因的PCR产物。质粒DNA比较小，因此加入到PCR中的DNA的量是pg级的。 |
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表9. 基因组大小和分子数目的比例
| Genonic DNA |
Size(bp)* |
Target Molecules/µg of Genomic DNA |
Amount of DNA(µg) for -10^5 Molecules |
| E. coli |
4.7×10^6 |
1.8×10^8 |
0.001 |
| Saccharomyces cerevisiae |
2.0×10^7 |
4.5×10^7 |
0.01 |
| Arabidopsis thaliana |
7.0×10^7 |
1.3×10^7 |
0.01 |
| Drosophila melanogaster |
1.6×10^8 |
6.6×10^5 |
0.5 |
| Homo sapiens |
2.8×10^9 |
3.2×10^5 |
1.0 |
| Xenopus laevis |
2.9×10^9 |
3.1×10^5 |
1.0 |
| 1.0Mus musculus |
3.3×10^9 |
2.7×10^5 |
1.0 |
| Zea mays |
1.5×10^10 |
6.0×10^4 |
2.0 |
| pUC 18 plasmid DNA |
2.69×10^3 |
3.4×10^11 |
1×10^(-6) |
| *Haploid genome size |
酶的选择 |
除了使用高质量模板DNA，聚合酶的选择也会影响产量。Platinum聚合酶比其他聚合酶产量高，因为它防止了PCR反应配制过程中的非特异性扩增（图24）。对长片段（最大到12kb）的高灵敏度PCR，应选择酶混合物，最好是Platinum形式，如Platinum Taq DNA Polymerase High Fidelity。这种酶结合了Platinum技术和酶混合物（Taq DNA聚合酶同带有校正功能的聚合酶混合物）的优点。 |
提高PCR的忠实性
| 带有校正功能的酶 |
包括克隆和效率分析，PCR产物表达或定点突变在内的PCR应用都需要高忠实性的PCR。Taq DNA聚合酶被看做是低忠实性的聚合酶，因为其缺少3'到5'外切核酸酶（校正）活性。使用带有3'到5'外切核酸酶活性的热稳定聚合酶可以提高忠实性。但是这些聚合酶的产量比Taq DNA聚合酶低。Platinum Pfx DNA聚合酶明显比Taq DNA聚合酶忠实性高，而且带有Platinum产品产量和特异性高的优点（图25）。 |
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| 图25. Platinum® Pfx Taq DNA聚合酶的高灵敏度和特异性 |
| 使用人thrombospondin的1.1kb片段的探针对基因组DNA（泳道1到6分别为100，50，10，5，1和0ng）扩增35个循环。A组，使用1单位Platinum Pfx Taq DNA聚合酶，在室温配制反应液。B组，使用2.5单PfuTurbo™ DNA聚合酶，在冰上配制反应液。C组，使用1单位Taq DNA聚合酶，在冰上配制反应液。 |
酶混合物 |
将Taq DNA聚合酶同带有3'到5'外切核酸酶活性第二种聚合酶混合在一起可以获得比单独Taq DNA聚合酶高的忠实性，并可以得到高产量及扩增长模板。Gibco BRL高保真酶混合物，Platinum Taq DNA Polymerase High Fidelity忠实性是单独Taq DNA聚合酶的6倍，并可以最高扩增到12kb。 |
其他参数 |
除了酶，高浓度的dNTP或镁离子会降低忠实性。将dNTP的浓度从200μM降低到25-50μM可以增加精确度。如果四种核苷的浓度不同，忠实性会受影响。进行较少的PCR循环也会有助于增加忠实性，因为增加循环数目和产物长度就会增加突变可能性。 |
PCR需要注意的一些问题
| 扩增长目的片段 |
当扩增大于5kb的目的片段时，可以使用用于超长PCR的酶或酶混合物以获得最佳产量（图24）。Taq DNA聚合酶并不能有效扩增较长目的片段（大于5kb），可能是因为其缺少3'-5'外切核酸酶活性，不能纠正dNTP错误掺入。错误配对的延伸几率大大降低，减少了较长产物的产量。将Taq DNA聚合酶同带有3'-5'外切核酸酶活性的热稳定DNA聚合酶混合，可以扩增最高为30kb的目的片段。Platunum Pfx DNA聚合酶（带有3'-5'外切核酸酶活性）也可以扩增较长产物（≤12kb）。 |
除了选用正确的热稳定DNA聚合酶，较长产物的扩增还需要改变标准步骤的延伸时间、变性时间、缓冲液pH。按1分钟/kb增加延伸时间使聚合酶完成合成。一般对于有效的超长PCR，延伸温度会低至68℃。因为延伸时间较长，对于20kb的模板高达20分钟，所有使用较高起始pH的缓冲液。如果pH将至低于pH7.0，DNA会脱嘌呤。为了防止模板损伤，在每个循环将94℃变性时间减少到30秒或更短，将在扩增前温度增加到94℃变性温度的时间限制为小于等于1分钟。引物使用标准方法所使用的同样的方法设计，使用18到24个碱基得到较好的产量。 |
防止残余（Carry-over）污染 |
PCR易受污染的影响，因为它是一种敏感的扩增技术。小量的外源DNA污染可以与目的模板一块被扩增。当前一次扩增产物用来进行新的扩增反应时，会发生共同来源的污染。这称之为残余污染。从其他样品中纯化的DNA或克隆的DNA也会是污染源。 |
可以在PCR过程中使用良好的实验步骤减少残余污染。使用抗气雾剂移液管的阻止气雾剂进入eppendorf管内。为PCR样品配制和扩增后分析设计隔离的区域，在准备新反应前更换手套。总是使用不含有模板的阴性对照检测污染。使用预先混合的反应成分，而不是每个反应的每个试剂单独加入。 |
一种防止残余污染的方法是使用尿嘧啶DNA糖基化酶（UDG）。这种酶（也称为尿嘧啶-N-糖基化酶或UNG）移除DNA中的尿嘧啶。在扩增过程中将脱氧尿嘧啶替换为胸腺嘧啶使得可以把前面的扩增产物同模板DNA区分开来。因为前面的扩增产物对UDG敏感，所有可以在PCR前对新配制的反应用UDG处理以破坏残余产物。 |
PCR产物纯化 |
残余反应成分包括抑制克隆，测序和标记反应的引物，核苷和热稳定聚合酶。因此，一般在进一步操作之前需要纯化PCR产物。包括多次酚：氯仿抽提及随后的PEG沉淀或异丙醇沉淀的纯化步骤虽然有效，但是耗费时间，且会丢失产物。Maligen Rapid PCR Purification System在10分钟内从反应成分中纯化PCR产物。它对80bp到10kb很大范围的PCR片段都有效，有效回收95％的原有样品（图26）。 |
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图26. 扩增后PCR片段的纯化 |
| 使用1.2μg引物（泳道1）或3.5μg引物（泳道2）。峰值包含约1μg扩增产物的完整PCR体系。引物36到40碱基长。将峰值反应纯化，对纯化前（泳道A）和纯化后（泳道B）的洗脱液水相使用琼脂糖凝胶电泳分析。 |
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部分PCR产物可能需要通过凝胶电泳，和影响克隆和测序的非特异性PCR产物分离纯化出来。使用Maligen Gel Extraction System将目的产物从琼脂糖中纯化出来，这是一种基于硅土的，从凝胶中快速纯化DNA片段的技术。
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PCR产物克隆
| PCR克隆主要有TA克隆法, 限制性酶切与连接法，杂交法和近期开发出来的特异性重组法等。 |
| 但因为TA克隆法操作最简单，快速和高效的原因，成为Taq聚合酶PCR产物的最佳克隆方法。TA克隆法由Invitrogen发明，并拥有全球TA Cloning商标的专利权。 |
TA克隆方法（Original TA Cloning Kit） |
利用Taq聚合酶同时具有的末端连接酶的功能，在每条PCR扩增产物的3`端自动添加一个3`-A突出端。Invitrogen公司TA克隆系统和Topo TA克隆系统都提供一个线性含3`-T突出端的载体用于直接高效地连接PCR产物。系统中也包含感受态细胞和S.O.C培养基, 使得实验操作更为简单方便。 |
所以TA克隆不需使用含限制酶序列的引物，不需将PCR产物进行优化，不需把PCR产物做平端处理（Invitrogen另有平端载体供高确限度酶克隆）。不需在PCR扩增产物上加接头，即可直接进行克隆。 |
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| 图32 The TA Cloning® Concept |
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Topo TA克隆方法（Topo TA Cloning Kit） |
Topo TA克隆原理与TA克隆一样，唯一不同的是TA克隆用的是T4连接酶把PCR片断连接到T载体上，而Topo TA Cloning用的是DNA Topoisomerase。 |
Topoisomerase的用途一般使用在复制DNA前把超螺旋DNA切割使之解旋后，再连接成线性DNA。 |
Topo TA克隆即使用Topoisomerase高效连接的特性把含3`A端的PCR扩增片断快速连接到3`T端载体上，整个反应只需五分钟！一般T4连接酶需过夜才能高效连接。Topo TA克隆系统提供Topoisomerase I载体，感受态细胞，SOC培养基等。 |
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| 1. Add 1ml of TOPO® Cloning vector to 1ml of the Taq-amplified PCR product |
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2. Incubate for 5 minutes on your bench top |
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3. Transform One Shot® Competent E. coli. |
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Topo平端克隆方法和长PCR片断克隆法（Zero Blunt Topo PCR Cloning Kit）（Topo XL PCR Cloning Kit） |
因为越来越多高确限度热稳定酶如Pfx、Pfu被用于PCR扩增，使到PCR后都只是平端产物。这种平端克隆往往效率低，并且有非特异性背景菌落产生，造成筛选困难。 |
Topo平端克隆主要改良载体设计，把ccdB （Control of cell death）基因并入到mcs中，如果没有DNA片断插入，ccdB基因则会表达，ccdB基因的表达蛋白，会破坏细菌的DNA gyrase，造成细菌染色体的降解导致细菌死亡。如果有插入片断，则ccdB基因表达受到阻碍，所以细胞可生长。这样可以把高背景的缺点改善，节省筛选的时间。Topo平端克隆与Topo TA方法一样，操作简单快速。 |
平端PCR克隆方法（Zero Blunt PCR Cloning Kit） |
Zero Blunt PCR克隆乃利用传统T4连接酶方法，但载体和Topo平端的一样，含ccdB基因，所以同样可降低菌落背景，易于筛选。 |
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表10 PCR克隆试剂盒的选择
| Amplification Enzyme |
Application of Cloned PCR Product |
Ligation Method |
Product |
Advantages |
Cat. No. |
| Taq DNA Polymerase |
•Sequencing
•Safeguarding sample
•In vitro transcription |
TOPO® Cloning(5 minutes) Topoisomerase |
TOPO TA Cloning® Kit |
•≥95% recombinants |
K4500-01
K4550-01
K4560-01 |
| •Blue/white color screening |
| TOPO TA Cloning® Kit Dual Promoter |
•≥95% recombinants |
K4600-01
K4650-01
K4660-01 |
| •Blue/white color screening |
| •Dual Sp6 and T7 promoter primer sites for in vitro transcription |
| TOPO TA Cloning® Kit for Sequencing |
•≥95% recombinants |
K4575-01 |
| •Streamlined sequence analysis |
| Ligase-mediated(overnight)T4 DNA ligase |
Original TA Cloning® Kit |
•≥80% recombinants |
K2000-10
K2030-10 |
| •Blue/white color screening |
| Original TA Cloning® Kit Dual Promoter |
•≥80% recombinants |
K2050-01
K2060-01 |
| •Blue/white color screening |
| •Dual Sp6 and T7 promoter/primers sites for in vitro transcription |
| TOPO® Cloning(5 minutes) Topoisomerase |
Various |
•Fast cloning directly into an expression vector |
All the TOPO Exp. Kits |
| Proofreading polymerase高确限度酶 |
•Expression of cloned PCR product |
TOPO® Cloning(5 minutes) Topoisomerase |
Zero Blunt® TOPO® PCR Cloning Kit |
•≥95% recombinants |
K2800-20 |
| •Positive selection resulting in low background |
| Zero Blunt® TOPO® PCR Cloning Kit for Sequencing |
•≥95% recombinants |
K2875-20 |
| •Positive selection resulting in low background |
| •Streamlined sequence analysis |
| Ligase-mediated(1 hour)T4 DNA ligase |
Zero Blunt® PCR Cloning Kit |
•≥95% recombinants |
K2700-20 |
| •Positive selection resulting in low background |
| Polymerase mixturesfor long Template混合酶 |
•Sequencing
•Safeguarding sample
•In vitro transcription |
TOPO® Cloning(5 minutes) Topoisomerase |
TOPO® XL PCR Cloning Kit |
•High-efficiency cloning of long (3-10kb) PCR products |
K4700-10 |
| •Positive selection resulting in low background |
TOPO PCR表达克隆法 |
传统限制酶切法必须把目标片段切下来再连接至表达载体上，这会导致一些非原始蛋白的其他氨基酸也混在其中，从而影响蛋白表达和蛋白的功能。利用TOPO克隆技术把PCR产物直接克隆至表达载体，则可避免这种情况。 |
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| Comparison of Cloning Strategies |
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TOPO PCR表达克隆法仍利用特异引物把目标基因PCR扩增后，再利用高效的Topoisomerase 酶把产物快速连接到T表达载体上，这是到载体上的目标基因不含非编码区，Invitrogen提供了原核细胞、酵母、昆虫细胞和哺乳动物细胞的各种PCR克隆表达系统。 |
PCR和RT－PCR常见问题及解答
| 问 题 |
可能原因 |
建议解决方法 |
| RT-PCR灵敏度：在琼脂糖凝胶分析中看到少量或没有RT-PCR产物 |
RNA被降解 |
在用来验证完整性之前先在变性胶上分析RNA
使用良好的无污染技术分离RNA
在将组织从动物体取出后立刻处理
在100％甲酰胺中储存RNA如果使用胎盘RNase抑制剂，不要加热超过45℃或pH超过8.0，否则抑制剂或释放所有结合的RNase。而且，在≥0.8mM DTT时加入RNase抑制剂，一定要存在DTT。 |
| RNA中包含逆转录抑制剂 |
通过乙醇沉淀RNA除去抑制剂。用70％（v/v）乙醇对RNA沉淀进行清洗。可以加入糖元（0.25μg到0.4μg/μl）以帮助小量样品RNA的恢复。
逆转录抑制剂包括：SDS，EDTA，甘油，焦磷酸钠，亚精胺，甲酰胺和胍盐。
将对照RNA同样品混合，同对照RNA反应比较产量以检验抑制剂。 |
| 多糖同RNA共沉淀 |
使用氯化锂沉淀RNA以除去多糖。 |
| 用于合成cDNA第一链合成的引物没有很好退火 |
确定退火温度适合您的引物。对于随机六聚体，建议在反应温度保温之前先在25℃保温10分钟。
对于基因特异性引物（GSP），可以试一下其他GSP，或换用oligo(dT)或随机六聚体确定GSP是反义序列。 |
| 起始RNA量不够 |
增加RNA量。
对于＜50ng的RNA样品，可以在第一链cDNA合成中使用0.1μg到0.5μg乙酰BSA。 |
| RNA模板二级结构太多 |
将RNA和引物在不含盐及缓冲液条件下变性/退火
提高逆转录反应温度，对SuperScriptⅡ可以到50℃，对ThermoScript可以到65℃。
注意：不要在＞60℃时使用oligo(dT)引物，选择一个在反应温度可以退火的GSP。
对于＞1kb的RT-PCR产物，保持反应温度≤65℃。
注意：不要在高于37℃时使用M-MLV。
如果不需要全长cDNA，在第一链反应中使用随机引物。 |
| 引物或模板对残余的RNA模板敏感 |
在PCR前用RNaseH处理。 |
| 靶序列在分析的组织中不表达 |
尝试其他靶序列或组织 |
| PCR没有起作用 |
对两步法RT-PCR，不要在PCR步骤中使用超过1/5的逆转录反应产物 |
| PCR灵敏度：在琼脂糖凝胶分析中看到少量或没有RT-PCR产物 |
PCR引物设计较差 |
避免在引物3'端含有互补序列。避免可以形成内部发卡结构的序列。设计Tm类似的引物。 |
| DNA含有抑制剂 |
诸如DMSO，SDS和甲酰胺之类的试剂会抑制Taq DNA聚合酶。如果怀疑污染了抑制剂，可以使用乙醇沉淀DNA |
| 富含GC的模板 |
对于GC含量＞50％的模板，使用PCRx Enhancer Solution。 |
| 模板浓度太低 |
使用10^4拷贝的靶序列，以在25到30个循环中获得信号。 |
| 镁离子浓度太低 |
从1mM到3mM，间隔0.5mM进行一系列反应，确定对于每个模板和引物对的最佳镁离子浓度。注意：对实时定量PCR，使用3mM到5mM的镁离子浓度。 |
| 退火温度太高 |
使用表4的公式估算Tm，把退火温度设定为低于Tm 5℃。因为这些公式只是估算Tm值，所有真正的退火温度实际会高些或低些。 |
| PCR灵敏度：在琼脂糖凝胶分析中看到少量或没有RT-PCR产物 |
引物浓度太低 |
最佳引物浓度介于0.1μM到0.5μM之间。为了精确确定引物浓度，在260nm测量光密度，然后使用光吸收值和消光系数计算浓度。（见公式1，2） |
| RT-PCR特异性：在琼脂糖凝胶分析中观察到非预期条带 |
引物和模板非特异性退火 |
在第一链合成中使用GSP，而不是随机引物或oligo(dT)。试用允许高温cDNA合成的GSP。 |
| GSP设计较差 |
遵循用于扩增引物设计的同样原则 |
| RNA中沾染了基因组DNA |
使用扩增级DNaseⅠ处理RNA。使用没有逆转录的对照反应检测DNA污染。 |
| 形成引物二聚体 |
设计在3'端没有互补序列的引物。 |
| 引物和模板非特异性退火 |
以2℃到5℃间隔增加退火温度，减少退火时间。
在开始几个循环使用较高的退火温度，然后使用较低的退火温度。
使用Platinum Taq DNA进行自动热启动PCR。
避免在引物3'端含有2到3个dG或dC。 |
| 镁离子浓度太高 |
对于每一个模板和引物组合优化镁离子浓度。 |
| 因为扩增复杂模板导致引物错误起始 |
使用巢式PCR或递减PCR。 |
| 沾染外源DNA |
使用抗气雾剂的吸头和UDG（见第八章）。 |
| 因为二级结构导致引物结合位点无法接近 |
对于GC含量＞50％的模板，使用（1×-3×）PCRx Enhancer Solution。 |
| PCR忠实性：PCR在产物序列中引入了错误 |
聚合酶忠实性低 |
使用带有校正活性的热稳定聚合酶，如Platinum Pfx DNA聚合酶。 |
| 循环数太多 |
降低循环数。 |
| 四种dNTP的浓度不同 |
制备新的dNTP混合物，保证四种核苷浓度相同。使用预混合物。 |
定量RT-PCR
无扩增产量
相对荧光信号小于等于背景或没有模板对照 |
无cDNA合成 |
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| cDNA合成温度太高 |
降低保温温度 |
| 反转录cDNA产物被二级结构封闭 |
提高保温温度。重新设计引物 |
| RNA被损害或降解 |
必要的话更换RNA |
| RNAse污染 |
维持无菌条件；加入RNase抑制剂 |
| 荧光探针无功能 |
确保探针设计的有效性和fluorophore和quencher的存在。
用DNase处理TaqMan探针，校验荧光是否增强。
必要的话设计和合成探针。 |
灵敏度低
须在比预期更高的循环中检出产物 |
初始模板RNA不充分 |
增加模板RNA的浓度；使用10ng-1µg的总RNA |
| RNA被损害和降解 |
必要的话更换RNA |
| RNAse污染 |
维持无菌条件；加入RNase抑制剂 |
| 无效的cDNA |
通过增加70％乙醇清洗的次数来去除制备RNA过程中的抑制剂 |
| 无效的PCR扩增 |
注意：反转录的抑制剂包括SDS、EDTA、胍盐、甲酰胺、磷酸钠和亚精胺
调整cDNA合成温度或引物设计 |
信号高于预期
在低于预期的循环中即可检出产物 |
反应中加的样品太多 |
降低模板的浓度 |
| 模板或PCR残余污染 |
隔离污染来源，更换试剂
使用专用的精致移液器。在无DNA区域准备反应，使用抗气溶胶的吸头。 |
| 电泳后出现意外的条带 |
RNA被基因组, DNA污染 |
用DNase I预处理RNA |
| 用于第一链合成的寡聚dT或随机引物 |
使用基因特异性引物 |
| PCR的低特异性 |
优化PCR条件 |
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