分子杂交的技术

1、关于分子杂交技术第1页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四第一节 分子杂交的原理核酸分子杂交（nucleic acid hybridization） 指具有互补序列的两条核酸单链在一定条件下按碱基配对原则形成双链的过程。 分子杂交是通过配对碱基对之间的非共价键（主要是氢键）结合，从而形成稳定的双链区。杂交分子的形成并不要求两条单链的碱基顺序完全互补，所以不同来源的核酸单链只要彼此之间有一定程度的互补顺序（即某种程度的同源性）就可以形成杂交双链 第2页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四不同来源的DNA或RNA单链在一定条件下重新组成的新的双链分子杂交分子

2、 若所用的核酸探针的片段较长(几百个核苷酸以上)，可以得到很准确的鉴定结果。但若人工合成的寡核苷酸探针片段较短（如2030个核苷酸），则难免会出现准确性差的假阳性现象。杂交的双方是待测核酸和已知核酸序列，已知核酸序列称探针。第3页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四杂交的双方：探针和要检测的核酸。 将核酸分子固定在固相支持物上，然后用标记的探针和被固定的分子杂交，经显影后显示出目的DNA或RNA分子所处的位置。被检测的核酸： 克隆化的基因组DNA 提纯的 细胞总DNA 细胞内杂交（细胞原位杂交） 细胞总RNA第4页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四变性

3、复性 DNA-DNA杂交双链分子第5页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四 杂交过程是高度特异性的,可以根据所使用的探针已知序列进行特异性的靶序列检测。第6页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四一、DNA变性与复性（一）DNA变性 1、定义：某些理化因素导致两条DNA链间的氢链断裂变为单链的过程，称DNA变性2、变性的方法：（1）热变性：温度升高到90100时，双链核酸 分子链间的氢键完全断裂。 （2）酸碱变性：pH值低于3或高于10时，双链核酸分子链 间的氢键断裂。 （3）化学试剂变性：如尿素、甲酰胺、甲醛等使 双链核酸分子链间的氢键断裂。第7页，共5

4、0页，2022年，5月20日，11点13分，星期四GC含量与Tm值之间的关系 （G+C）%=（Tm-69.3) 2.44 Tm =(G+C)%0.41+69.3第8页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四（二）复性 1、定义：变性的单链核酸分子在一定条件下按碱基互补原则重新结合为双链核酸的过程，称复性或杂交。具有互补序列的两条单链核酸都可互补形成双链：DNA/DNA、RNA/DNA、RNA/RNA、寡核苷酸/DNA和寡核苷酸/RNA。第9页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四2、复性过程（1）单链分子间碰撞形成局部双链（2）局部双链周围的碱基如不配对时，双

5、链重新解离（3）局部双链周围的碱基如配对，则形成中心序列（4）形成完整的双链分子第10页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四二. 分子杂交的一般程序 待测核酸制备滤膜上核酸固化杂 交去除未参与杂交的探针检 测 杂 交 信 号制备探针核酸片段探 针 标 记加入标记核酸探针 电泳第11页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四 制备DNA或RNA样品与固定基质结合80真空固定预杂交加入标记探针杂交洗涤放射自显影或显色反应。第12页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四三、 核酸探针的制备探针（Probe)的概念: 一段带有检测标记的与目的基因或

6、目的DNA特异互补的已知核苷酸序列。第13页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四1.探针的制备方法长度一般以50300bp为宜，有时达1.5kb。制备方法： (1) DNA重组技术 (2) PCR扩增 (3) 化学合成第14页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四2. 探针的分类 据来源及性质不同可分为： (1) 基因组DNA探针 (2) cDNA探针 (3) RNA探针 (4) 寡核苷酸探针第15页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四合成寡核苷酸探针注意原则(1) 长度（10-50 bp); (2) G:C对含量40%-60%；(3)

7、 探针内避免互补；(4) 避免同一碱基连续出现；(5) 与非靶序列有70%以上同源性或连续8个以上碱基序列相同，最好不用。第16页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四3 . 核酸探针的标记 为确定探针是否与相应基因组DNA杂交，有必要对探针加以标记，以便在结合部位获得可识别的信号。第17页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四 标记的种类 同位素： 32P、35S、3H、125I等标记探针非同位素： 生物素、地高辛配体、荧光素等作为标记物 第18页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四第二节 核酸分子杂交的方法按其分子种类划分（1）Sou

8、thern印迹杂交（2）Northern印迹杂交3） Western印迹杂交第19页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四按待测核酸是否固定在固相支持物上分： 固-液相杂交 膜上印迹杂交 原位杂交 液相杂交 RNA酶保护分析法 核酸酶S1保护分析法第20页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四一、Southern杂交其基本原理是将待检测的DNA样品固定在固相载体上，与标记的核酸探针进行杂交，在与探针有同源序列的固相DNA的位置上显示出杂交信号。通过Southern杂交可以判断被检测的DNA样品中是否有与探针同源的片段以及该片段的长度。DNA经电泳后，从凝胶中

9、转移到硝酸纤维素滤膜或尼龙膜上，然后与探针杂交。被检对象为DNA，探针为DNA或RNA。利用这一技术可进行克隆基因DNA的酶切图谱分析，基因组中某一基因的定性与定量分析、基因点突变及限制性片段长度多态性分性等。第21页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四步骤：酶切DNA, 凝胶电泳分离各酶切片段,然后使DNA原位变性。(2) 将DNA片段转移到固体支持物(硝酸纤维素滤膜或尼龙膜)上。 (3) 预杂交滤膜,掩盖滤膜上非特异性位点。(4) 让探针与同源DNA片段杂交,然后漂洗除去非特异性结合的探针。 (5) 通过显影检查目的DNA所在的位置。 第22页，共50页，2022年，5

10、月20日，11点13分，星期四带有DNA片段的凝胶DNA分子限制片段限制性酶切割琼脂糖电泳至膜（尼龙膜或硝酸纤维素滤膜）上转膜杂交、显影凝胶滤膜用缓冲液转移DNA吸附有DNA片段的膜Southern 印迹杂交的技术流程第23页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四（一）待测核酸样品的制备 1、裂解或破碎细胞 2、抽取纯化基因组DNA 3、限制酶消化DNA为大小不同的DNA片段第24页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四（二）待测DNA样品的电泳分离所用分子量标准可用核素标记，杂交后的标准分子量DNA也能显影出条带。 第25页，共50页，2022年，5月20

11、日，11点13分，星期四 （三）凝胶中核酸的变性（碱变性） 分子量超过10kb的较大的DNA片段，需要很长的转移时间。必须将最长的DNA片段控制在大约2kb以下。如果靶序列5kb，则需进行脱嘌呤处理（ DNA产生缺口将提高转移的质量）。把凝胶浸在0.25mol/LHCl中，室温轻轻晃动，直到溴酚蓝从蓝变黄。 注意：处理人类基因组DNA10分钟；处理植物基因组DNA20分钟。 再 把凝胶浸在灭菌双蒸水中第26页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四如果靶序列5kb，则直接进行下面的步骤 (1) 把凝胶浸在变性液（0.5mol/LNaOH，1.5mol/LNaCl）中，室温215

12、分钟，轻轻晃动。 (2) 把凝胶浸在灭菌双蒸水中 (3) 把凝胶浸在中和液中（0.5mol/L Tris-HCl，Ph7.5，1.5mol/L NaCl），室温215分钟。 (4) 在20SSC中平衡凝胶至少10分钟。第27页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四（四）Southern印迹高盐下通过毛吸作用将DNA从凝胶中转印至硝酸纤维素滤膜（尼龙膜也较长用）上，烘干固定后即可用于杂交本方法由Southern发明,故又称为Southern转移(或印迹)第28页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四（1）毛细管虹吸印迹法 利用浓盐转移缓冲液的推动作用，将凝胶中

13、的DNA转移到固相支持物上。 其基本原理是：容器中的转移缓冲液含有高浓度的NaCl和柠檬酸钠，上层吸水纸的虹吸作用使缓冲液通过滤纸桥、滤纸、凝胶、硝酸纤维素滤膜向上运动，同时带动凝胶中的DNA片段垂直向上运动，凝胶中的DNA片段移出凝胶而滞留在膜上第29页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四第30页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四白瓷盘玻璃板滤纸凝胶尼龙膜滤纸吸水纸玻璃板重物吸水纸转膜第31页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四优点是简单,不需要用其他仪器。缺点是转移时间较长,转移后杂交信号较弱第32页，共50页，2022年，5月

14、20日，11点13分，星期四（2）真空转移法 此法原理与毛细管虹吸法相同，只是以滤膜在下，凝胶在上的方式将其放置在一个真空室上，利用真空作用将转膜缓冲液从上层容器中通过凝胶和滤膜抽到下层真空室中，同时带动核酸片段转移到凝胶下面的尼龙膜或硝酸纤维素膜上。第33页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四第34页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四优点是快速,在30分钟内就能从正常厚度(4-5mm)和正常琼脂糖浓度(109 cpm/g)互补DNA。如果将10g基因组DNA转移到滤膜上，并与长度为几百个核苷酸的探针杂交,曝光过夜,则可检测出哺乳动物基因组中1kb大小

15、的单拷贝序列。第42页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四（七）Southern杂交在医学中的应用 1、酶切图谱分析 2、特定基因定性和定量 3、基因突变分析 4、限制性片段长度多态性的分析第43页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四二、Northern印迹杂交原理：Northern杂交也采用琼脂糖凝胶电泳，将分子量大小不同的RNA分离开来，随后将其原位转移至固相支持物（如尼龙膜、硝酸纤维膜等）上，再用放射性（或非放射性）标记的DNA或RNA探针，依据其同源性进行杂交，最后进行放射自显影（或化学显影），以目标RNA所在位置表示其分子量的大小，而其显影强度

16、则可提示目标RNA在所测样品中的相对含量（即目标RNA的丰度）。第44页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四 1、鉴别RNA 2、探针可用DNA或RNA片段 3、待测样品为总RNA或mRNA第45页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四Northern印迹与Southern 印迹的不同点1. 总RNA不需要进行酶切，即是以各个RNA分子的形式存在，可直接应用于电泳； 2、变性：RNA电泳前加热变性，电泳在变性条件下进行,以去除RNA中的二级结构,保证RNA完全按分子大小分离。变性电泳主要有3种:乙二醛变性电泳、甲醛变性电泳和羟甲基汞变性电泳。DNA电泳前和

17、电泳 中不变性 3、转膜：RNA转膜前不需变性和中和处理,Southern 印迹时，DNA转膜前需进行碱变性及中和处理。在烘烤前RNA与膜结合得并不牢固，所以在转印后不能用低盐缓冲液洗膜，否则RNA会被洗脱。第46页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四 4、靶核酸为RNA5. Northern也可检测目标mRNA分子的大小，但更多的是用于检测目的基因在组织细胞中有无表达及表达的水平如何第47页，共50页，2022年，5月20日，11点13分，星期四步骤1. 总RNA提取2. 变性胶的制备：5甲醛凝胶电泳缓冲液和甲醛等制备琼脂糖凝胶3. 样品变性：取总RNA加入5甲醛凝胶电泳缓冲液l、37%甲醛、甲酰胺，变性4. 电泳5. 将RNA从变性胶转移到硝酸纤维素膜或尼龙膜：6.膜置80，