第八章
分子杂交技术
Байду номын сангаас 第一节 分子杂交的原理
核酸分子杂交（nucleic acid hybridization） 指具有互补序列的两条核酸单链在一定条件下 按碱基配对原则形成双链的过程。
分子杂交是通过配对碱基对之间的非共价键（ 主要是氢键）结合，从而形成稳定的双链区。 杂交分子的形成并不要求两条单链的碱基顺序 完全互补，所以不同来源的核酸单链只要彼此 之间有一定程度的互补顺序（即某种程度的同 源性）就可以形成杂交双链

2、复性过程 （1）单链分子间碰撞形成局部双链 （2）局部双链周围的碱基如不配对时，双 链重新解离 （3）局部双链周围的碱基如配对，则形成 中心序列 （4）形成完整的双链分子
二. 分子杂交的一般程序
待测核酸制备
电泳
制备探针核酸片段
探 针 标 记 加入标记核酸探针
滤膜上核酸固化 杂 交
去除未参与杂交的探针
同时带动凝胶中的DNA片段垂直向上运动，凝
胶中的DNA片段移出凝胶而滞留在膜上
凝胶
滤 板玻 璃 纸
尼龙膜
滤纸
白瓷盘
吸水纸
玻璃板
重物
吸水纸转膜
优点是简单,不需要用其他仪器。缺点是转 移时间较长,转移后杂交信号较弱
（2）真空转移法 此法原理与毛细管虹吸法相同，只是以滤
膜在下，凝胶在上的方式将其放置在一个真 空室上，利用真空作用将转膜缓冲液从上层 容器中通过凝胶和滤膜抽到下层真空室中， 同时带动核酸片段转移到凝胶下面的尼龙膜
（五）Southern杂交
1、预杂交：封闭膜上能与DNA结合的位点
将固定于膜上的DNA片段与探针进行杂交 之前，必须先进行一个预杂交的过程。 因为能结合DNA片段的膜同样能够结合 探针DNA，在进行杂交前，必须将膜上 所有能与DNA结合的位点全部封闭，这 就是预杂交的目的。
预杂交是将转印后的滤膜置于一个浸泡在 水浴摇床的封闭塑料袋中进行，袋中装 有预杂交液，使预杂交液不断在膜上流 动。 预杂交液实际上就是不含探针的杂交液 ，但其中主要含有鲑鱼精子DNA（该 DNA与哺乳动物的同源性极低，不会与 DNA探针DNA杂交）、牛血清等，这些 大分子可以封闭膜上所有非特异性吸附 位点
离。变性电泳主要有3种:乙二醛变性电泳、甲醛变性电泳
和羟甲基汞变性电泳。DNA电泳前和电泳 中不变性
3、转膜：RNA转膜前不需变性和中和处理,Southern 印迹时，DNA转膜前需进行碱变性及中和处理。在烘烤 前RNA与膜结合得并不牢固，所以在转印后不能用低盐缓 冲液洗膜，否则RNA会被洗脱。
或硝酸纤维素膜上。
优点是快速,在30分钟内就能从正常厚度(45mm)和正常琼脂糖浓度(<1%)的凝胶中 定量地转移出来。转移后得到的杂交信 号比Southern转移强2-3倍。 缺点是如不小心，会使凝胶碎裂, 并且在洗 膜不严格时,其背景比毛细转移要高。
（3）电转法 利用电场的电泳作用将凝胶中的DNA转移到固相 支持物上。 该法的优点是不需要脱嘌呤/水解作用,可直接转移 较大的DNA片段。缺点是转移中电流较大,温度难 以控制。通常只有当毛细管转移和真空转移无效 时,才采用电泳转移。
杂交过夜（至少18h），然后在较高温度下用盐溶液洗膜。
3、洗膜：去除游离的放射性探针或非特 异结合的DNA 在洗膜过程中，要不断振荡，不断用放射 性检测仪探测膜上的放射强度。当放射 强度指示数值较环境背景高1-2倍时，即 停止洗膜。 洗完的膜浸入2×SSC中2min，取出膜，用 滤纸吸干膜表面的水分，并用保鲜膜包 裹。注意保鲜膜与NC膜之间不能有气泡 。
1、鉴别RNA 2、探针可用DNA或RNA片段 3、待测样品为总RNA或mRNA
Northern印迹与Southern 印迹的不同点
1. 总RNA不需要进行酶切，即是以各个RNA分子的形式 存在，可直接应用于电泳； 2、变性：RNA电泳前加热变性，电泳在变性条件下进
行,以去除RNA中的二级结构,保证RNA完全按分子大小分

GC含量与Tm值之间的关系 （G+C）%=（Tm-69.3) ×2.44 Tm =(G+C)%×0.41+69.3
（二）复性 1、定义：变性的单链核酸分子在一 定条件下按碱基互补原则重新结合为双 链核酸的过程，称复性或杂交。 具有互补序列的两条单链核酸都可互补 形成双链： DNA/DNA、RNA/DNA、RNA/RNA、 寡核苷酸/DNA和寡核苷酸/RNA。

（四）Southern印迹
高盐下通过毛吸作用将DNA从凝胶中转印至硝酸 纤维素滤膜（尼龙膜也较长用）上，烘干固定后 即可用于杂交 本方法由Southern发明,故又称为Southern转移(或
印迹)
（1）毛细管虹吸印迹法 利用浓盐转移缓冲液的推动作用，将凝胶中
的DNA转移到固相支持物上。 其基本原理是： 容器中的转移缓冲液含有高浓度的NaCl和柠檬 酸钠，上层吸水纸的虹吸作用使缓冲液通过滤 纸桥、滤纸、凝胶、硝酸纤维素滤膜向上运动，
第二节 核酸分子杂交的方法

按其分子种类划分
（1）Southern印迹杂交 （2）Northern印迹杂交 3） Western印迹杂交
按待测核酸是否固定在固相支持物上分： 固-液相杂交 膜上印迹杂交 原位杂交 液相杂交 RNA酶保护分析法 核酸酶S1保护分析法
一、Southern杂交
2、比色或化学发光检测：适于非核素标记的探针
Southern杂交能否检出杂交信号取决于： 目的DNA在总DNA中所占的比例、 探针的大小和比活性、 转移到滤膜上的DNA量 探针与目的DNA间的配对情况等。
在最佳条件下,放射自显影曝光数天后, Southern 杂交能很灵敏地检测出低于0.1pg与32 P标记的 高比活性探针的(>109 cpm/μg)互补DNA。如果 将10μg基因组DNA转移到滤膜上，并与长度为 几百个核苷酸的探针杂交,曝光过夜,则可检测 出哺乳动物基因组中1kb大小的单拷贝序列。
其基本原理是将待检测的DNA样品固定在固相 载体上，与标记的核酸探针进行杂交，在与探 针有同源序列的固相DNA的位置上显示出杂交 信号。通过Southern杂交可以判断被检测的 DNA样品中是否有与探针同源的片段以及该片 段的长度。 DNA经电泳后，从凝胶中转移到硝酸纤维素滤 膜或尼龙膜上，然后与探针杂交。被检对象为 DNA，探针为DNA或RNA。 利用这一技术可进行克隆基因DNA的酶切图谱 分析，基因组中某一基因的定性与定量分析、 基因点突变及限制性片段长度多态性分性等。
（七）Southern杂交在医学中的应用 1、酶切图谱分析 2、特定基因定性和定量
3、基因突变分析
4、限制性片段长度多态性的分析
二、Northern印迹杂交
原理：Northern杂交也采用琼脂糖凝胶电泳，将 分子量大小不同的RNA分离开来，随后将其原 位转移至固相支持物（如尼龙膜、硝酸纤维膜 等）上，再用放射性（或非放射性）标记的 DNA或RNA探针，依据其同源性进行杂交， 最后进行放射自显影（或化学显影），以目标 RNA所在位置表示其分子量的大小，而其显影 强度则可提示目标RNA在所测样品中的相对含 量（即目标RNA的丰度）。
（六）杂交结果检测 1、放射自显影：适用于放射性核素标记的探针
（一）将滤膜正面向上，放入暗盒中。将2张X光底片 放入曝光暗盒， （二）将暗盒置-70℃低温冰箱中使滤膜对X光底片曝 光（根据信号强弱决定曝光时间，一般在1-3天）。 （三）从冰箱中取出暗盒，置室温1-2h，使其温度上 升至室温，然后冲洗X光底片（洗片时先洗一张，若 感光偏弱，则在多加两天曝光时间，再洗第二张片 子）。
限制性酶切割
限制片段 琼脂糖电泳
DNA分子
带有DNA片段的凝胶
用缓冲液转移DNA 至膜（尼龙膜或硝酸 纤维素滤膜）上
凝胶 滤膜
转膜 吸附有DNA 片段的膜
杂交、显影
Southern 印迹杂交的技术流程
（一）待测核酸样品的制备 1、裂解或破碎细胞 2、抽取纯化基因组DNA 3、限制酶消化DNA为大小不同的DNA片段
一、DNA变性与复性
（一）DNA变性 1、定义：某些理化因素导致两条DNA链间 的氢链断裂变为单链的过程，称DNA变性 2、变性的方法： （1）热变性：温度升高到90~100℃时，双链 核酸 分子链间的氢键完全断裂。

（2）酸碱变性：pH值低于3或高于10时，双 链核酸分子链 间的氢键断裂。 （3）化学试剂变性：如尿素、甲酰胺、甲醛 等使 双链核酸分子链间的氢键断裂。
检测杂交信号
制备DNA或RNA样品→与固定基质结合 →80℃真空固定→预杂交→加入标记探针杂交 →洗涤→放射自显影或显色反应。
三、 核酸探针的制备
探针（Probe)的概念:
一段带有检测标记的与目的基因或目
的DNA特异互补的已知核苷酸序列。
1.探针的制备方法
长度一般以50~300bp为宜，有时达1.5kb。 制备方法：
(1) DNA重组技术
(2) PCR扩增
(3) 化学合成
2. 探针的分类
据来源及性质不同可分为： (1) 基因组DNA探针
(2) cDNA探针
(3) RNA探针
(4) 寡核苷酸探针
合成寡核苷酸探针注意原则 (1) 长度（10-50 bp); (2) G:C对含量40%-60%； (3) 探针内避免互补；
如果靶序列<5kb，则直接进行下面的步骤 (1) 把凝胶浸在变性液（0.5mol/LNaOH， 1.5mol/LNaCl）中，室温2×15分钟，轻轻晃动。 (2) 把凝胶浸在灭菌双蒸水中 (3) 把凝胶浸在中和液中（0.5mol/L Tris-HCl，Ph7.5 ，1.5mol/L NaCl），室温2×15分钟。 (4) 在20×SSC中平衡凝胶至少10分钟。
(4) 避免同一碱基连续出现；