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第九章 基因诊断 基因诊断是通过检测基因的存在状态或缺陷对疾病作出诊断的方法。 基因诊断的主要技术： 1、核酸分子杂交 2、聚合酶链反应（PCR） 3、基因芯片技术 核酸分子杂交技术 核酸杂交（Nucleic acid hybridization）是指具有一定同源性的两条单链核酸在一定条件下，按碱基互补的原则重新配对形成双链的过程。 一、核酸杂交的基本原理 DNA的变性和复性： 在一定的条件（如适当的温度、有机溶剂存在等）下，DNA的双链可解开成为单链，这一过程称为DNA的变性（Denaturatioin）。高温、低盐和有机溶剂促进DNA变性。 Tm值是反映DNA的热稳定性的一个参数，称为DNA的熔化温度，系指一半的双链DNA解离成为单链时的温度。 DNA的热稳定性或Tm值直接与其碱基组成特别是GC碱基对含量有关，GC碱基对含量越高，Tm值也越高。 DNA的杂交即复性（Renaturation）是变性的单链DNA在一定的条件下（低于Tm的温度下）与其互补序列退火形成双链的过程，因此杂交与Tm值相关。 影响杂交的主要因素： 温度：一般在低于Tm约15至２５度的温度下杂交速率最快。 盐浓度：钠离子增加杂交分子的稳定性，降低钠离子浓度强烈地影响Tm值和复性速率。但当钠离子浓度超过0.4M时，对复性速度和Tm值影响不大。 甲酰胺：有机溶剂如甲酰胺能减少双链核酸的稳定性。每增加1%的甲酰胺，DNA/DNA或DNA/RNA双链的Tm值减少0.72℃。常用50%甲酰胺 硫酸葡聚糖：使杂交速率增加，但有时可能增加杂交本底。 核酸探针的选择和标记 核酸探针是指能与待检测的靶核酸序列互补杂交的某种已知核酸片段，它必须具有高度的特异性，并且带有某种适当的标记以便被检测。 （一）核酸探针的类型 1、克隆的DNA片段，常用cDNA探针。 2、RNA探针（Riboprobe） RNA探针的优点是特异性高；杂交效率(灵敏度)更高。适合于Northen杂交、原位杂交等。主要缺点是不稳定，易被降解，另外其制备较困难。 3、寡核苷酸探针 可用化学方法人工合成，制备较方便，但灵敏度稍差。 4、聚合酶链反应扩增产物 是很好的探针来源，其优点是制备和标记相对容易。 （二）核酸标记的类型 放射性同位素 目前应用最广，优点是灵敏度高，特别适用于单拷贝基因或低丰度mRNA检测，缺点是易造成放射性污染以及半衰期短，使用不便。 核酸探针标记常用的同位素有以下几种： ３２P：其放射性强，自显影时间短，灵敏度较高，缺点是半衰期短（14.3天），放射线散射较严重，因此对分辩率有影响。 35S?：放射性较低，半衰期长（87.1天），灵敏度较高；低散射，因此在用Ｘ－光片自显影时分辩率高，特别适用于核酸序列分析和原位杂交等实验。 33P?：是一种较理想的同位素，它的放射性较低，灵敏度高，分辩率好，半衰期也较长(25.4天)，适用范围较广。但价格偏高。 非同位素标记：常用地高辛或生物素系统。 优点：无放射性污染，较稳定；缺点：灵敏度、特异性稍差。 核酸探针的标记 1、随机引物法（Random priming） 随机引物是人工合成的含有各种可能的排列顺序的六核苷酸片段的混合物，因此可以与任何核酸片段杂交，并作为聚合酶反应的引物。 标记酶：大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ的大片段－klenow片段。 特点：所得探针的放射性比活较高，适用于大多数杂交。 2、缺刻平移法(Nick translation0 标记酶：大肠杆菌DNaseⅠ（极微量）和DNA聚合酶Ⅰ。 用缺刻平移法制备的探针较短，较适合于原位杂交。 3、RNA探针的制备和标记 RNA探针可用RNA聚合酶体外转录法制备。该方法的合成效率高，所得产物大小均一，有较高的比活，特异适合于Northern杂交和原位杂交。 4、聚合酶链反应标记DNA探针 利用Taq DNA聚合酶和标记的dNTP,sk 以少量的起始模板合成高比活的c双链或单链DNA探针。 5、寡核苷酸探针的标记 5’-端标记：T4多核苷酸激酶标记法，一般用于制备DNA序列分析时用的5’-标记的寡苷酸引物。 3’-端标记：末端转移酶法，32P-dNTP或ddNTP。 6、非同位素核酸探针标记：地高辛或生物素标记的核酸探针的制备方法和同位素探针相似。但是不能用多核苷酸激酶标记法直接对5’-端进行非同位素标记。 三、常用核酸杂交技术 滤膜杂交 固相杂交 核酸杂交 原位杂交 液相杂交 滤膜杂交是指先将待检测的核酸序列结合到适当的固相支持物如尼龙膜上，然后与存在于溶液中的已标记探针进行杂交的过程。 滤膜杂交的基本过程为： 1、核酸探针的制备和标记； 2、核酸片段的凝胶电泳分离； 3、将凝胶中的核酸片段通过印迹（blot