逆转录PCR

逆转录是指以RNA为模板合成与其互补的cDNA的过程。逆转录PCR是将RNA的逆转录(reverse transcription) 和cDNA的聚合酶链式反应(PCR)相结合的技术，故逆转录称为RT-PCR或反转录PCR。逆转录PCR实验原理是，提取组织或细胞中的总RNA，以RNA为模板，利用逆转录酶反转录成cDNA，再以cDNA链为模板进行PCR扩增，从而获得大量拷贝。逆转录PCR的出现使RNA检测的灵敏性提高了几个数量级，使一些极为微量RNA样品分析成为可能。

逆转录PCR应用

逆转录PCR的用途广泛，可用于分析基因的转录产物、检测细胞中RNA病毒的含量、合成cDNA探针、直接克隆特定基因的cDNA序列等。如在临床上RT-PCR可以用于遗传病诊断、癌症检测、检测病人标本中的RNA病毒，如HAV、HCR、HIV等。在植物方面RT-PCR常用于研究环境胁迫对植物基因表达的影响，以及在特定的环境或生长阶段中植物体不同部位基因表达的差异性。使用RT-PCR检测分析RNA转录产物具有以下突出的优点：

• 理论上可以检测几乎任何基因的转录产物；
• 可以实现极为微量RNA样品（ng级别）的检测；
• 样品耐受性好，未经纯化的粗制生物样品也可以用于检测；

模板

逆转录PCR的模板是RNA，可以是总RNA、mRNA或体外转录的RNA产物。无论使用何种RNA，都需确保RNA中无RNA酶和基因组DNA的污染。

RNA提取

可以利用试剂盒从细胞（或组织）中提取得到RNA。模板RNA的纯度和完整性对于扩增的结果有很大影响，从细胞中分离RNA应注意尽量减少RNA酶的污染（RNA酶分布广泛，除细胞内源性RNA酶外环境中也存在大量RNA酶），在提取RNA时，应尽量创造一个无RNA酶的环境：避免RNA酶污染包括去除外源性RNA酶污染和抑制内源性RNA酶活性，主要是采用焦碳酸二乙酯（DEPC）去除外源性RNA酶，通过RNA酶的阻抑蛋白Rnasin和强力的蛋白质变性剂抑制内源性RNA酶。

引物

用于反转录的引物有随机引物、通用引物（Oligo-dT）及基因特异性引物三种，下表为三种引物的介绍：

引物最好选择Oligo-dT或基因特异性引物，随机引物会从RNA的多个位点(包括核糖体RNA)开始转录，特异性低。Oligo-dT引物同大多数真核细胞mRNA3’端的poly(A)尾杂交，与使用随机引物相比特异性高。但是Oligo-dT引物对RNA样品的质量要求较高，对于从福尔马林固定的组织中提取的劣质RNA不适合用Oligo-dT引物。

逆转录酶

逆转录酶是存在于RNA病毒体内的依赖RNA的DNA聚合酶。RT-PCR实验中的逆转录酶需要具有以下二种活性：

1. 依赖RNA的DNA聚合酶活性：以RNA为模板合成cDNA的第一条链
2. 依赖DNA的DNA聚合酶活性：以一条DNA链为模板合成互补的双链DNA

在选择逆转录酶时，建议选择无RNaseH^① 活性（RNaseH-）的逆转录酶。具有RNaseH活性的逆转录酶的RNaseH活性会与聚合酶活性竞争RNA模板与DNA引物（或cDNA延伸链）形成的杂合链，并降解杂合链中的RNA链。被RNaseH活性所降解的RNA模板不能再作为合成cDNA的有效底物，降低了cDNA合成的产量与长度。

实验流程

从细胞材料中提取RNA→RNA加入到含有逆转录酶、引物、dNTPs的反应体系中→退火，引物与RNA链配对→延伸，逆转录酶合成互补cDNA链变性→常规PCR反应流程（变性、退火、延伸，如此多次循环）。

RT-PCR“两步法”与“一步法”

RT-PCR的实验操作分为“一步法”与“两步法”两种。一步法RT-PCR能克隆微量mRNA而不需构建cDNA文库（即cDNA合成与PCR反应在同一Buffer及酶中进行，一步法完成），省略了cDNA与PCR之间的过程。两步法RT-PCR首先用反转录酶合成cDNA，然后以cDNA为模板进行PCR，即RNA反转录与PCR扩增分两步进行。一步法与两步法具有以下区别：

• 一步法比两步法更快速、简便、减少了污染机会、减少了RNA二级结构、减少了PCR反应的错配率；
• 两步法的优势在于中间产物cDNA，便于保存；且第二步PCR只取逆转录反应产物的1/10进行反应，有利于PCR条件的调整，实验重现性强；
• 两步法可以在第二步PCR反应体系中加入特异性引物，其灵敏度比一步法高；
• 两步法包括第一链cDNA合成和随后的PCR反应，容易产生污染问题；
• 两步法的实验预算要低于一步法。

图2：“一步法”与“两步法”比较

实验操作注意事项

• RNA提取一定要迅速，样本要新鲜，组织尽量在液氮中研磨；
• RNA提取完马上进行逆转录不要拖延，新提的RNA很容易降解；
• 逆转录反应过程，需建立无RNAase环境，以避免模板RNA降解；

注：

① RNase是RNA水解酶的统称，包含RNase A，RNase H等，RNase A可以水解单双链RNA，RNase H主要水解RNA与DNA杂交双链中的RNA

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参考文献

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