1、RACE 技术的原理和操作发布日期:2009-11-27 热门指数:15803 分享 | 收藏 近年来随着生物技术的不断发展，出现了许多克隆新基因的方法和手段，如图谱克隆技术、转座子标签技术、mRNA 差异显示技术二基因组减法技术以及 cDNA 文库筛选技术等。但上述方法人多具有实验周期长、技术步骤烦琐且工作量大等特点。cDNA 末端快速扩增技术（rapid amplification of cDNA ends，RACE ）是一种基于 PCR 从低丰度的转录本中快速扩增 cDNA 的 5和 3末端的有效方法，以其简单、快速、廉价等优势而受到越来越多的重视。经典的 RACE 技术是由 Frohm
2、an 等（1988）发明的一项技术，主要通过 RT-PCR 技术由已知部分 cDNA 序列来得到完整的 cDNA5和 3端，包括单边 PCR 和锚定 PCR。该技术提出以来经过不断发展和完善，克服了早期技术步骤多、时间长、特异性差的缺点（Frohman 等，1995：Schaefer，l995： Chen，1998： Bespalova 等，1998 ： Matz 等 11999）。对传统 RACE 技术的改进主要是引物设计及RT-PCR 技术的改进：改进之一是利用锁定引物（lock docking primer）合成第一链 cDNA，即在 oligo（dT ）引物的 3 端引入两个简并的核苷
3、酸【5-Oligo（dT）16-30MN-3，M=A/G/C；N=A/G/C/T】，使引物定位在 poly（A）尾的起始点，从而消除了在合成第一条 cDNA 链时 oligo（dT）与 poly（A）尾的任何部位的结合所带来的影响；改进之二是在 5 端加尾时，采用 poly（C），而不是 poly（A）；改进之三是采用 RNase H-莫洛尼氏鼠白血。病毒（MMLV）反转录酶或选择嗜热 DNA 聚合酶可能在高温（60 -70）有效地逆转录 mRNA，从而消除了 5端由于高 CC 含量导致的 mRNA 二级结构对逆转录的影响；改进之四是采用热启动 PCR （hot start PCR）技术和降落
4、 PCR（touch down PCR）提高 PCR 反应的特异性。随着 RACE 技术日益完善，目前己有商业化 RACE 技术产品推出，如 CLONTECH 的 MarathoTM 技术和SMARTTM RACE 技术。邢桂春等（2001）先后使用上述两种试剂盒进行 RACE 反应，结果发现使用 MarathonTM 所得到的片断总是比采用 SMARTTM RACE 试剂盒到所得到的片断短。其原因在于 MarathonTM 技术反转录反应往往不能真正达到 mRNA 的 5 末端。所以认为，进行 RACE 反应应当优选 SMARTTM RACE 试剂盒。以下就国内目前应用最广的 SMARTTM
5、 RACE 试剂盒为例，简要概述 RACE 技术的原理和操作过程。SMARTTM 3-RACE 的原理利用 mRNA 的 3末端的 poly（A）尾巴作为一个引物结合位点，以连有 SMART 寡核营酸序列通用接头引物的 Oligo（dT）30MN 作为锁定引物反转录合成标准第一链 cDNA.然后用一个基因特异引物 GSP1（gene specific primer，GSP ）作为上游引物，用一个含有部分接头序列的通用引物 UPM（universal primer，UPM）作为下游引物，以 cDNA 第一链为模板，进行 PCR 循环，把目的基因 3 末端的 DNA 片段扩增出来。（见 Figur
6、e 1）Figure 1.SMARTTM 5-RACE 的原理先利用 mRNA 的 3末端的 poly（A）尾巴作为一个引物结合位点，以 Oligo（dT）30MN 作为锁定引物在反转录酶 MMLV 作用下，反转录合成标准第一链 cDNA.利用该反转录酶具有的末端转移酶活性，在反转录达到第一链的 5末端时自动加上 3-5 个（dC）残基，退火后（dC）残基与含有 SMART 寡核苷酸序列 Oliogo（dG）通用接头引物配对后，转换为以 SMART 序列为模板继续延伸而连上通用接头（见 Figure 2 ）。然后用一个含有部分接头序列的通用引物 UPM（universal primer，UPM
7、）作为上游引物，用一个基因特异引物 2（GSP 2 genespecific primer，GSP）作为下游引物，以 SMART 第一链 cDNA 为模板，进行 PCR 循环，把目的基因 5末端的 cDNA 片段扩增出来。最终，从 2 个有相互重叠序列的 3/ 5-RACE 产物中获得全长 cDNA，或者通过分析 RACE 产物的 3和 5端序列，合成相应引物扩增出全长 cDNA。Figure 2.实验中发现，做 RACE 反应实验实际操作中仍存在不少困难。因此，对 RACE 反应条件进行反复摸索是十分必要的。这是因为：第一，在 5-RACE 包含了有 3 个连续的酶反应步骤（反转录、同聚物加
8、尾和 PCR 扩增），每一步都可能导致失败；第二，扩增 DNA 末端的特异性完全依赖锚定引物及扩增 DNA 模板样品的不均一性，因而特异性一般很低，常呈现不清晰的成片条带或截短的产物背景。因此，使用 RACE 技术扩增得到的特异末端片段，所获得的重组克隆最好能够全部测序，以排除 RACE 实验结果中扩增产物假阳性和假阴性，最终有可能获得新基因的全序列。随着 RACE 的不断改进和完善，优化条件下 PCR 扩增效率和忠实性的提高及 PCR 产物克隆技术的迅速发展，RACE 必将在基因克隆及基因表达研究中发挥越来越大的作用。RACE 的另一种代表方法-Self-Ligation 法1. 反转录（
9、RT）反应。2. Hybrid RNA 的分解。3. 单链 cDNA 的自身连接。4. PCR 扩增 5未知区域。5. 目的 DNA 片段的切胶回收。6. DNA 序列测定。原理见 Figure 3。Figure 3. 请您对这篇文章发表看法 (93) (65) 开放阅读框(ORF) 来源：B | 2008-11-25 9:31:27 | 阅读 1881 次 1. 如果遗传密码是不重叠的三联体，那么会有三种可能的方式将核苷酸翻译成蛋白质, 这三种可能的读码 (Reading frame ) 方式称为读码框架。比如序列： ACGACGACGACGACGACG，可能的读码框架就有以下三种: ACG
10、 ACG ACG ACG ACG ACG ACG ACGCGA CGA CGA CGA CGA CGA CGA CGAGAC GAC GAC GAC GAC GAC GAC GAC一个由能翻译成氨基酸序列的三联体构成的阅读框称为开放读框(Open reading frame，ORF) 。一段翻译成蛋白质的序列有一个阅读框架，它有一个特殊的起始密码子(AUG) ，从此延伸出一系列代表氨基酸的三联体，一直到在三种类型的终止密码子上结束(见第 5 章)。如果终止密码子频繁出现，就会阻止阅读框被翻译成蛋白质。一个序列的三个阅读框全部被阻断，那么它就会失去翻译成蛋白质的功能。当获得一个未知的 DNA 序
11、列后，就可分析其三个读码框是被阻断的还是开放的。在任何一段 DNA 中，通常不会超过一个读码框是开放的(图 1.26) ，因为替换的读码框被频繁出现的终止密码子阻断。一般情况，开放读框不可能太长。如果它不翻译成蛋白质，将不存在阻止终止密码子聚集的选择压力。证明序列是开放框是确定该框架能翻译为蛋白质的首要证据。一个不能表达蛋白质的开放读框被称为不确定读框(URF) 。2. 一个 DNA 顺序可能有 3 种阅读框，但只有一种具有编码的作用，称为开放阅读框（open reading frame or ORF）。有的阅读框因终止密码出现频繁故不能生成蛋白，这种阅读框称为封闭阅读框（block read
12、ing frame）。若一个顺序所有的三个阅读框都是封闭的，则它无编码蛋白的功能。一个翻译成蛋白的顺序有一个阅读框，开始于 AUG 起始密码子，通过一系列有义密码子，直到终止密码子结束。通常 3 个阅读框中总有封闭阅读框的存在。当获得了一个未知功能的 DNA 区域的顺序，要通过分析来确定阅读框是开放的还是封闭的。在任何一个 DNA 顺序中往往只有一个开放阅读框。ORF 似乎并不是随机存在。如果一个顺序不翻译成蛋白质，那么将无选择压力来阻止其中产生无义密码子(有时无义密码子这个词也用于终止密码子。“无义”是个错误的名词，因为这种密码即使在突变基因中中断了蛋白质合成，但仍有含义的)，这样一个长 ORF 的鉴别乍看起来这个顺序好象是可以翻译的。一个 ORF 未鉴别出蛋白产物，有时称其为非鉴定阅读框（unidentified reading frame，URF）。3. 开读框架(Open Reading Frame: ORF)的预测常与第一个 ATG 和终止密码子的确定相关，但由于 EST 序列相对较低的测序质量，在测序过程中出现的碱基删除或插入错误(称为 indel 错误)将引起读框移动，甚至出现假终止密码子，所以，仅凭第一个 ATG 和终止密码子是不足以确定 ORF 的
