FailSafe™ PCR系統

一個可信賴的持續擴增常規及非常規模板的新系統

Haiying Grunenwald, EPICENTRE Technologies
 

介紹：
    成功的PCR依賴于包括模板質量，所選酶，設計的引物以及所采用的擴增條件在內的多重因素。一個理想的PCR系統應當能夠：

（1）擴增包括難擴增（如高GC含量或二級結構）及長序列在內的各種類型模板

（2）高保真擴增

（3）簡便易行，進行擴增時無需優化條件

    然而目前還沒有一個PCR系統能同時滿足這些要求。在此，我們介紹FailSafe PCR系統，它可以確保成功及持續地擴增常規及非常規模板，包括長序模板（長至20kb）和高GC含量模板（GC含量>80%）。 由于普通Taq酶的擴增能力很強，但是錯配率高，在出現錯配時酶會脫離模版而導致Taq酶通常只能擴較小的片段（<3kb）；常規的高保真酶如Pfu、Vent帶校正功能而擴增能力較弱，本系統綜合二者的優點：FailSafe PCR酶混合物是含有一個3’--5’高保真校讀酶的Taq酶混合物，可以高保真地擴增長片段的PCR產物，產物可以直接克隆入TA或平端載體；另一個成分是一套FailSafe PCR PreMixes，它由緩沖液，dNTPs，各種含量的MgCl₂以及FailSafe PCR增強劑（含甜菜堿）組成。使用者只需簡單地將模板，引物，FailSafe PCR酶混合物加入FailSafe PCR PreMixes即可進行擴增。無需繁瑣地進行條件優化，PreMixes中的FailSafe PCR增強劑可以增加PCR反應的特異性，敏感性及持續性。

    本文中，我們比較了FailSafe PCR系統與其它商品化的PCR酶及酶混合物的擴增保真度，還證明了利用FailSafe PCR系統可以擴增長序，難擴增序列模板以及進行多重PCR。

材料與方法：
1. FailSafe PCR酶混合物的保真度
    克隆，表達，突變分析和長程PCR要求使用低錯配率的酶。使用以PCR為基礎的正向突變分析，我們比較了FailSafe PCR酶混合物與其它供應商的酶及酶混合物的擴增保真度。該方法類似Cline等人的方法1，通過擴增lacZ基因的a-互補區，使用藍/白克隆篩選分析評估序列的完整性。擴增反應使用的試劑及方法依相應廠商提供的進行，之后逐次進行高保真度分析。結果表明FailSafe PCR酶混合物的保真度至少是標準Taq聚和酶的三倍，與被測的其它高保真酶混合物相當或更好。盡管有報道認為FailSafe PCR酶混合物的保真度稍遜pfu DNA聚和酶，但FailSafe PCR系統要強健得多，可以從難擴增模板（如高GC含量）和長序模板獲得更特異和持續的擴增，而在這方面pfu DNA聚和酶是欠缺的。

2. 使用FailSafe PCR系統擴增長序列
    擴增長鏈模板經常需要進行繁瑣的反應條件優化（包括累加PCR），為了證明FailSafe PCR系統無需優化各反應因素即可擴增長鏈及標準模板，我們從l嗜菌體，人及大腸桿菌基因組上擴增長度從5kb到21.5kb的片段。

    對于每個模板/引物對結合物，使用FailSafe PCR PreMixes進行PCR反應。每50ml反應體系中含1-500ng的基因組DNA（由模板決定），10-50pmol的各引物（由模板決定），2.5U的FailSafe PCR酶混合物以及25ml的FailSafe PCR 2´PreMix（A-L）。嗜菌體模板擴增反應如下：94°C變性1min，98°C，20sec；56°C，1min（擴增5kb和10kb）/68°C，5min（擴增5kb）/10min（擴增10kb）或20min（擴增20kb），共計20個循環。擴增大腸桿菌基因組按以下程序進行：94°C變性1min后，擴增6kb模板進行30個循環，其它進行20個循環的98°C，20sec；68°C，5min（6kb）或10min（10kb）或20min（18kb）。擴增人基因組DNA程序：94°C，1min，98°C，20sec；68°C，20min共14個循環，zui后是10個延伸時間增加15sec的循環。結果表明擴增出的所有PCR產物產量高，特異性好。

3. 使用FailSafe PCR系統擴增GC富集模板
    如同PCR擴增長序列，擴增那些含大量GC或二級結構的難擴增模板經常需要進行條件優化。為了證明使用FailSafe PCR系統可以不需優化條件而進行GC富集的模板的擴增，我們擴增了人FMR1基因的250-350bp長短的區域（GC含量為80-85%）2。該基因CGG重復區的擴大與脆性X染色體綜合癥相關。使用Epicentre的MasterPureä DNA純化試劑盒從血液中純化出人基因組DNA后，利用FailSafe PCR PreMixes進行PCR反應。每50ml反應體系中含100ng的基因組DNA，50pmol的各引物，1.25U的FailSafe PCR酶混合物和25ml的FailSafe PCR 2´PreMix（A-L）。94°C變性2min后，加入酶混合物，擴增反應按以下程序進行：94°C，4min，30個98°C，30sec；65°C，1min；72°C，1min循環。用一套12個反應，證明FailSafe PCR PreMix J擴增FMR1脆性X基因的富含GC區*。

    對四個獨立樣本，使用FailSafe PCR PreMix J和FailSafe PCR酶混合物進行脆性X基因該區域的擴增。結果表明FailSafe PCR系統可以持續擴增含80-85%GC的區域。由于各樣品的CGG重復數不同，PCR產物的大小稍有不同，長度從250bp到350bp。

4. 使用FailSafe PCR系統進行多重擴增
    FailSafe PCR系統被檢測進行多重擴增的能力。使用FailSafe PCR PreMixes擴增囊性纖維化跨膜傳導調節蛋白基因的五個外顯子3。每50ml多重擴增PCR反應體系中含500ng的基因組DNA，25pmol的各引物2，2.5U的FailSafe PCR酶混合物和25ml的FailSafe PCR 2´PreMix。94°C變性2min后，加入酶混合物，進行擴增反應：30個94°C，10sec；53°C，10sec；74°C，10sec循環，zui后74°C延伸5min。

    CFTR基因的外顯子4，10，11，20和21的PCR擴增產物分別為423，340，233，289和396bp2，結果表明使用FailSafe PCR PreMix C獲得*擴增。多重分析產生每個外顯子正確大小的產物。使用FailSafe PCR系統進行一套反應可成功地獲得擴增自CFTR基因的5條PCR產物。

總結：
    FailSafe PCR系統確保從各種模板（包括至少20kb長度的長序模板，富含GC的模板及多重PCR）成功地進行PCR。FailSafe PCR酶混合物的高保真性對于PCR產物進行克隆，表達及突變分析重要。該試劑盒方便地確保從任何模板進行簡單的一步擴增，而無需進行繁瑣的條件優化，也不需對不同模板修改方法。這些優點使得FailSafe PCR系統適于進行常規及非常規的PCR擴增。

參考文獻：
1. Cline, J. et al. （1996） Nucl. Acids Res. 24（18）, 3546.
2. Fu, Y. H. et al. （1991） Cell 67（6）, 1047.
3. Richards, B. et al. （1993） Human Molecular Genetics 2（2）, 159.