一、分子雜交的概念:
分子雜交(molecular hybridization)指具有一定同源序列的兩條核酸單鏈(DNA或RNA),在一定條件下按堿基互補配對原則經(jīng)過退火處理,形成異質(zhì)雙鏈的過程。
利用這一原理,就可以使用已知序列的單鏈核酸片段作為探針,去查找各種不同來源的基因組DNA分子中的同源基因或同源序列。
二、分子雜交基本原理:
(一)DNA變性 :
DNA變性是指雙螺旋之間氫鍵斷裂,雙螺旋解開,形成單鏈無規(guī)則線團,因而發(fā)生性質(zhì)改變(如粘度下降,沉降速度增加,浮力上升,紫外吸收增加等) 。
1、DNA變性的方法:
1)加熱;
2)改變DNA溶液的pH;
3)有機溶劑(如乙醇、尿素、甲酰胺及丙酰胺等)等理化因素。
2、增色效應:DNA在260nm處有最大吸收值,這一特征是由于含有堿基的緣故。在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型中堿基藏于內(nèi)側(cè),變性時由于雙螺旋解開,于是堿基外露,260nm紫外吸收值因而增加,這一現(xiàn)象稱為增色效應(hyperchromic effect) 。利用DNA變性后波長260nm處紫外吸收的變化可追蹤變性過程。
3、溶解曲線:如果升高溫度使DNA變性,以溫度對紫外吸收作圖,可得到一條曲線,稱為溶解曲線。
4、融解溫度:通常人們把50%DNA分子發(fā)生變性的溫度稱為變性溫度(即熔解曲線中點對應的溫度),由于這一現(xiàn)象和結(jié)晶的融解相類似,故又稱融點或融解溫度(melting temperature, Tm)。因此Tm是指消光值上升到最大消光值一半時的溫度。
5、影響Tm值的因素:Tm不是一個固定的數(shù)值,它與很多因素有關(guān):
1) 部因素:pH、離子強度。隨著溶劑內(nèi)離子強度上升,Tm值也隨著增大。
2) 部因素:DNA的堿基比例、DNA的均一性 ;在相同條件下,DNA內(nèi)G-C配對含量高,其Tm值也高。
6、DNA中的GC含量與Tm值關(guān)系:
Tm = 69。3+0。41 × % (G+C)
對于小于20bp的寡核苷酸,Tm=4(G+C)+2(A+T)
實驗表明DNA分子中(G+C)克分子含量百分比的大小與Tm值的高低呈直線關(guān)系。
(二)復性:變性DNA只要消除變性條件,二條互補鏈還可以重新結(jié)合,恢復原來的雙螺旋結(jié)構(gòu),這一過程稱為復性(renaturation) 。
退火:通常DNA熱變性后,將溫度緩慢冷卻,并維持在比Tm低25~30℃左右時,變性后的單鏈DNA即可恢復雙螺旋結(jié)構(gòu),因此,這一過程又叫做退火。
復性后的DNA,理化性質(zhì)都能得到恢復。倘若DNA熱變后快速冷卻,則不能復性。
影響復性速度的因素:
1、DNA濃度:愈高,復性速度也愈快。
2、DNA片段的大。篋NA片段愈大,擴散速度愈低,使DNA片段線狀單鏈互相發(fā)現(xiàn)互補的機會減少。因此,在復性實驗中,有時將DNA切成小片段,再進行復性。
3、溫度:過高不利于復性。
4、溶液的離子強度:通常鹽濃度較高時,復性速度較快。
5、DNA順序的復雜性;簡單的分子復性很快,如polyd[T]和polyd[A]由于彼此互補識別很快,故能迅速復性。但順序較復雜的DNA分子復性則較慢。因此通過變性速率的研究,可以了解DNA順序的復雜性。