PCR产物计算公式的推导与修正

1、第 29卷第 1期云南师范大学学报Vo129 No12009年 1月JournalofYunnan NormalUniversityJan2009PCR产物计算公式的推导与修正李 进， 向 泰(云南师范大学，云南 昆明 650092)摘 要：从 PCR放大产物的形成和组成特点人手，推导出基因组特异 DNA序列扩增倍数的理论计算公式，即 Y =A (1+x)“，其中Y表示放大后的 DNA片断拷贝数，x表示各反应周期的平均放大效率，n代表循环次数，A 为反应周期系数。关键词： PCR反应 ；放大过程；公式推导中图分类号：Q75 文献标识码： A 文章编号：10079793(2009)0100690

2、31 引 言表 1 扩增产物 L、M和 S的积累过程Tab1 Relation ofAccumulation among“L，-M”and“SProducts特异性 DNA序列 PCR放大技术 的生化反应机理是清楚的。Saiki_l等提出用 (1+x)“=Y来描述 DNA特异片段的放大倍数(x表示平均每次的放大效率，n代表 PCR循环次数 ，Y表示放大后特异 DNA片段 的拷贝数 )。而 Erlich_2等提出PCR产物的计算公式为：Y=2“。我们通过对PCR放大过程的分析和理论计算，对公式 Y=(1+x)“进行了演算和修正。2 PCR放大过程分析在 PCR放大体系中只有一个特异性序列的双链

3、DNA，其他条件都满足 PCR反应条件 ，反应引物 P 用 “o”表示 ，P：用 “”表示 ，“一”表示DNA链，PCR放大产物的形成和积累过程见 (图1)。从图 1中可看出，经过四次 PCR循环后，反应系统中共有三种产物：“长片段产物 (L)”，“中片段产物 (M)”和“特异性扩增 产物 (s)”，其 中“特异性扩增产物(S)”是 PCR放大的目的产物。收稿日期：20080916j第四次栅环J 第政稍卜长 断产椒D 1D 一 00一o1苫二二二中I片断产槲0) 一10 J第一次循环0_ 、一0一 1t0_0( 一 、0嚣二二二=：特 性 增产槲s)00 一_J!次循环0_0_0 0_ 0_0

4、0一D一1I=二=中 片断产物帅00 |一13 ，求 Y =?。从每一次的循 可看出如下 增 律：Y3=22”一Y4=2 x2”一 +42”一Y5=22+4 x2“一 +6 x2 一Y =22”一 +42“一4+62“一 +82”一Y =22”一 +4 2 一4+62“一 +82“一 +(2n一4) 2=12”一 +2 2“一 +3 2”一 4-4 2“一 十(n一2) 2“ 一“+(n2)2 一“令，A =12一 +22一 +32一 +42一+(n2)x2卜“那么，Y =A 2”设 a3=12一，a4=22一，a5=32一，a6= 42a =(n一2) 2 一“则：A = aA4= a3+a

5、4A5： a3+a4+a5A6= a3+a4+a5+a6An： a3+a4+a5+a6 +a由于 A 、A：、A3、A 、A 、A6A 是无法直接用公式求出的常数，故可用上述公式分 求出A。、A 、A，、A 、A 、A A 的具体数 。在 PCR 用中，由于受反 液中的 物 度、 活性、引物 度等各种因素的影响，最多循 次数不超 40次 ，即 n40。因此可通 上述公式分 求出 Al、A2、A3、A4、A5、A6A40的数 ， (表2)。=2”-12一 +22一 +32一 +42表 2 各 A 常数的近似数 Tab2 Approximate numericalvaluesofA注：数 取小数点

6、后 l2位数第 1期李 进，等： PCR产物计算公式的推导与修正714 结论知)；X为各反应周期的平均放大效率；I1为循环次数。从上述推论中得出：Y =A 2“从表 2各 A 常数可得出，当 n19时 ，An数由于实际上平均放大效率 x1，即，l+x值在0996附近变化，因此，在实际应用中可用2，所以计算公式应为：公式：yn=A (1+ )yn=0996(1+ )其中，Y 为经过 n次循环后 放大的 DNA片来求出 PCR产物的扩增倍数。段拷贝数；A 为反应周期系数 (可 从表 2中查参 考 文 献：SaikiR K，ScharfS，Faloona F，MulisK B，Horn G T，Er

7、lich H A and Arnheim NEnzymatic amplifcation of#一GlobingenomicsequencesandrestrictionsiteanalysisfordiagnosisofsicklecellanemiaJScience，1985，(230)：135013542 ErlichH A，GelfandD H andSaikiR KSpecifcDNA amplifcationJNature，1988，(331)：461462The Derivation ofTheoreticalCalculation Formula of PCR Amplific

8、ationLIJin， XIANG Tai(YunnanNormalUniversity，Kunming650092，China)Abstract：WededucethetheoreticalcaculationformulaofPCR amplifcationfrom characteristicsoftheformationandcompositionofproductsderivedgenomespecifcDNA sequencesTheformulaisYn=An(1+X)n，where“Y”istheextentofamplifcation(yield)aftern cycle，“