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“RT-PCR”一步or两步?

基因谷  · 公众号  ·  · 2024-03-18 18:05

正文

一步法和两步法是两种最常用的RT-PCR方法,每种方法都具有各自的优缺点。

一、一步法RT-PCR


一步法RT-PCR指在单个反应管中进行第一链cDNA合成和后续PCR反应。

1、优点


该反应设置消除了样品转移步骤,控制了污染的潜在来源,简化工作流程,特别适用于大量样本的应用。当时间对实验很重要时,一般采用一步法,如检测RNA病毒。


而且在RT-PCR中使用的是基因特异性引物,有助于最大化目标cDNA的得率,并最小化扩增背景, 常用于分析低表达水平基因。由于该法的检测结果准确率高,因而在需要测量表达水平上的细微差异时,也可采用此方法。


2、缺点


一步法RT-PCR采用基因特异性引物进行扩增,将分析局限于每个RNA样本中的几个基因。由于反应需兼顾逆转录和扩增条件,因此一步法RT-PCR在某些情况下可能具有较低的灵敏度和效率。


RT和PCR均是酶促反应,核心酶是Reverse Transcriptase和DNA Polymerase。而两个酶促反应在同一体系下进行,必然会牺牲其中之一的性能。


1)RT反应影响


①一步法RT-PCR使用基因特异性引物,对模板RNA质量要求较高,RNA质量的优劣严重影响逆转录效率。


②两步法RT-PCR的RT过程使用Oligo dT和Random Primer最适比例混合液作为引物,就反转录产量和效率而言,一步法RT-PCR使用的基因特异性引物低于Oligo dT和Random Primer。


③Reverse Transcriptase最适酶活温度多为37-50℃,而在37-50℃条件下,上下游引物3´末端易发生退火,极易造成引物二聚体的形成。


2)PCR反应影响


引物二聚体和 逆转录体系中某些组分的抑制会影响PCR扩增效率。


二、 两步法RT-PCR


包含两个独立反应,先进行第一链cDNA合成,然后再通过PCR扩增第一步骤中所得cDNA。

1、优点


1)RT过程


①使用Oligo dT和Random Primer最适比例混合液作为引物, 对RNA模板的要求宽泛,如大多数RT Enzymes对1ng-1μg起始模板量总RNA都可高效率逆转录。


②两步RT-PCR可将大批量的RNA转化为cDNA,然后储存cDNA用于后续实验,不仅可检测大量基因,而且得到的 cDNA还可用于文库构建或基因克隆等,应用更广泛。


2)PCR过程


①扩增效率高:RT过程产生的cDNA,可经5-20倍稀释,任何可能从RNA分离到RT反应的抑制剂(如乙醇、酚及胍盐等)都被稀释了,最大程度上减少对PCR反应的抑制。


②高通量多基因定量:逆转录得到cDNA样品,可同时实现多个基因检测。


③RT和PCR反应独立进行,可更好地对每个步骤的反应条件进行优化,使逆转录引物选择(oligo dT引物、随机六聚体或基因特异性引物)和PCR反应建立(如DNA聚合酶选择和PCR组分)更灵活。


2、缺点


与一步法RT-PCR相比,两步法RT-PCR的缺点包括多个步骤延长了工作流程、增加样本处理和操作步骤,可能会增大误差以及交叉污染和结果变异的可能性。


三、第二链cDNA合成


将第一链cDNA作为模板,生成第一链cDNA的互补链,获得双链cDNA的过程被称为第二链cDNA合成。 在第一链cDNA合成中,推荐使用RNase H活性最小的反转录酶,从而最大限度地增加第一链cDNA合成长度和产量,有利于第二链cDNA的合成。


1、置换合成法


在dNTP存在下,利用RNase H在DNA/RNA杂交链的RNA链上造成切口和缺口,从而产生一系列RNA引物,在大肠杆菌DNA polymerase I的作用下合成第二链。


1)具体步骤

①E. coli RNase H切割cDNA/RNA复合物中的RNA链,为DNA合成提供3'-OH引物结合位点。


②E. coli DNA polymerase I利用5´→3´聚合酶活性延伸切口RNA链,并利用5´→3´外切核酸酶活性沿合成方向替换RNA链,该过程被称为切口平移。


③E. coli DNA ligase缝合新合成cDNA片段之间的切口(不建议用T4 DNA连接酶,因为它会连接双链cDNA平末端片段并形成嵌合结构)。


④遗留在5'-末端的一段很 小的mRNA也被大肠杆菌DNA聚合酶I的5´→3'核酸外切酶和RNase H降解,暴露出与第一链cDNA对应的3'端部分序列。同时,大肠杆菌DNA聚合酶I的3´→5'核酸外切酶的活性可将暴露出的第一链cDNA的3'端部分消化掉,形成平端或差 不多的平端。


这种方法合成的cDNA在5'端存在几个核苷酸缺失,但一般不影响编码区的完整。


2)T4 DNA聚合酶特性

T4 DNA聚合酶具依赖DNA模板的5´→3´聚合酶活性,同时具有对单链、双链DNA的3´→5´端的外切酶活性,缺少5´→3´端的外切酶活性。双链DNA片段在无dNTP存在下与T4 聚合酶温育,其3´末瑞的外切酶活性将导致从3´末端降解DNA,当补加4种dNTP后,可激活其聚合酶活性,延伸DNA模板的3´末端,在高浓度dNTP存在下,酶促的降解反应终止于双链区,此特性可用于双链DNA分子的3´末端标记。


2、自身引导法

用NaOH消化DNA/ RNA杂合链中的mRNA链后,解离的第一链cDNA的3´末端会形成一个发夹环(发夹环的产生是第一链cDNA合成时的特性,原因未知,据推测可能是和帽子的特殊结构相关),这为第二链的合成提供了现成的引物,在E. coli DNA polymerase I 的Klenow片段或反转录酶(DNA指导的DNA聚合酶活性)的作用下延伸为cDNA第二链,最后用对单链特异性的S1核酸酶消化该环。


因自身引导合成法较难控制反应,而且用S1核酸酶切割发夹结构时无一例外地将导致对应于mRNA的5´端序列出现缺失和重排,因而该方法很少使用。


3、引物-衔接头法







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