聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction）简称PCR，是一种在体外快速扩增特定DNA片段的技术，又可以称为无细胞克隆技术。该技术能以极少量的DNA为模板，在短时间内扩增出上亿份的DNA拷贝。

接下来，就为大家简单介绍下PCR技术。

一、PCR的原理是什么？

DNA复制时，以亲代DNA的两条链分别作为模板，在DNA聚合酶的催化下，按碱基互补的原则合成两条与模板链互补的新链，组成新的DNA分子，新形成的两个子代DNA与亲代DNA的碱基顺序完全一样。由于子代DNA分子中一条链来自亲代，而另一条链是新合成的，因此这种复制方式称为半保留复制。

二、PCR反应步骤

标准的PCR过程分为三步：

DNA变性：（90℃-96℃）：双链DNA模板在热作用下，氢键断裂，形成单链DNA。

退火：（60℃-65℃）：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部双链。

延伸：（70℃-75℃）：在Taq酶（在72℃左右，活性最佳）的作用下，以dNTP为原料，从引物的3′端开始以从5′→3′端的方向延伸，合成与模板互补的DNA链。每一循环经过变性、退火和延伸，DNA含量即增加一倍。

三、PCR反应的特点

1.特异性强。2.灵敏度高。3.简便、快速。4.纯度要求低。

四、PCR的研究应用

1.基因转录

PCR可检查特定时间点上细胞类型、组织和生物体之间基因转录的变化。在此过程中，RNA从感兴趣的样品中分离出来，并反转录成cDNA。然后，特定基因的原始RNA水平可从PCR中扩增的cDNA数量中进行量化。

2.基因分型

PCR可检测特定细胞或生物体的等位基因的序列变化。在这种应用中，引物被设计用来扩增转基因部分（在转基因动物中）或突变部分（在突变动物中）。

3.克隆和诱变

PCR克隆是一种广泛使用的技术，通过PCR扩增的双链DNA片段被插入载体（如gDNA、cDNA、质粒DNA）。如，这使得创建的细菌菌株的遗传物质被删除或插入。定点诱变也可用于通过克隆引入点突变。这通常采用一种被称为重组PCR的技术，其中重叠的引物被专门设计来纳入碱基替换。这种技术也可用于创造新的基因融合。

4.测序

PCR可用于富集测序用的模板DNA。推荐用于制备测序模板的PCR类型被称为高保真PCR，能够保持DNA序列的准确性。在Sanger测序中，PCR扩增的片段随后被纯化并在测序反应中运行。在第二代测序（NGS）中，PCR被用于文库制备阶段，通过PCR富集DNA样本以增加起始数量，并用测序适配体标记以实现多重检测。桥式PCR也是第二代NGS测序过程的一个重要部分。

无论是作为一门独立的技术还是作为其他方法的主力，PCR已经改变了一系列的学科。这些学科包括：

（1）遗传研究

PCR在全球大多数实验室中使用。最常见的应用之一是基因转录分析，目的是评估特定基因转录物的存在或丰度。是通过克隆操纵生物体，动物、植物和微生物的遗传序列的一种强大技术。这使得基因或部分基因可被插入、删除或突变，以改变基因标记的表型，阐明基因的功能和开发疫苗，这只是其中的几个例子。

在基因分型中，PCR可用于检测特定细胞或生物体中等位基因的序列变化。它的用途也不限于人类。农业中的植物基因分型有助于植物育种者选择、完善和改进其育种品种。如上所述，PCR也是丰富测序样本的第一步。例如，人类基因组计划（HGP）中的大多数绘图技术都依赖于PCR。

（2）医学和生物学研究

PCR被用于大量的医学应用，从疾病相关的基因突变的诊断测试，到传染病原体的鉴定。PCR在医学领域应用的另一个很好的例子是产前基因测试。通过PCR进行产前基因测试可以识别胎儿的染色体异常和基因突变，为准父母提供关于他们的婴儿是否有某些遗传疾病的重要信息。PCR也可以作为植入前遗传学诊断工具，用于筛选体外受精（IVF）程序的胚胎。

（3）法医学

我们独特的基因指纹意味着PCR可以在亲子鉴定和法医调查中发挥重要作用，以确定样本的来源。例如，从犯罪现场分离出的少量DNA样本可以与DNA数据库或嫌疑人的DNA进行比较。这些程序确实改变了警方调查的方式。真实性测试也利用了PCR遗传标记，例如，确定肉的来源物种。分子考古学也利用PCR来扩增考古遗迹的DNA。

（4）环境微生物学和食品安全

通过PCR检测病原体，不仅在患者的样本中，而且在食品或水等基质中，对诊断和预防传染病至关重要。

（中国人民解放军联勤保障部队第九八八医院检验输血科 张杰克）