核酸杂交可用于基因鉴定和基因突变分析等领域。
    1、限制性片段长度多态性（RFLP）分析
         多态性（polymorphism）指基因组中特定基因座位（DNA序列）存在两种或两种以上状态（等位基因），并且其中任何一个等位基因在人群中的频率不低于1%。
限制性片段长度多态性（RFLP）是由于DNA变异（产生新的酶切位点或消除原有的酶切位点）导致在限制性核酸内切酶酶切时产生不同长度的片段。可借助southern blotting或PCR 的方法进行检测
RFLP分析与遗传病基因诊断。
      人类染色体VNTR序列的RFLP分析图谱：DNA fingerprinting。
    2、等位基因特异性寡核苷酸（ASO）探针杂交
寡核苷酸中的碱基错配会大大影响杂交分子的稳定性，因此可用人工合成的针对正常和突变等位基因的特异性寡核苷酸探针进行杂交，检测点突变。
3、基因表达分析
        常用Northern blotting或原位杂交分析。

第二节        聚合酶链反应（PCR）技术

一、PCR的基本原理
（一）PCR的基本过程
        PCR是一种体外扩增特异DNA片段的技术。它包括下列三个基本步骤：
   1、变性（Denaturation）：待扩增的DNA模板加热变性成单链；
   2、退火（Annealing）：降低温度，使单链靶序列与寡核苷酸引物退火；
   3、延伸（Extension）：在适当条件下，利用DNA聚合酶使引物延伸，产生新的双链。上述变性、退火、延伸步骤的重复循环，导致特异的靶序列的指数扩增。
PCR产物是介于引物的5’端之间的双链DNA片段。

（二）PCR体系中的主要成份
1.Taq DNA 聚合酶 是一种耐热的DNA聚合酶，具有5’-3’DNA聚合酶活性，一般有5’-3外切酶活性，有或无3’-5’外切酶活性（校对活性），无校对活性的酶在PCR中错掺率较高。
PCR中 Taq 酶的用量一般为0.5-2.5U，过多易造成非特异性扩增，过少可能灵敏度不够。
2.寡核苷酸引物 是决定PCR扩增特异性的关键。
        设计PCR引物时的几条原则：
   ①引物长度一般15-30 碱基，过短则特异性低；
   ②避免内部二级结构；
   ③G/C和A/T碱基均匀分布，G/C含量在45%-55% 之间；
   ④两个引物（特别是3’端）间不能发生互补，以免形成引物引物二聚体；
   ⑤引物的3’-端碱基一般应与模板严格配对，并且3’端为G、C或T时引发效率较高；
   ⑥引物的5’-端可添加与模板无关的序列（如限制性内切酶的识别位点、ATG起始密码子或启动子序列等）
PCR中所用引物浓度一般在0.1-0.5uM太高的引物浓度易造成非特异性扩增，太低会降低合成效率。
3、MgCl2  Mg2+浓度除影响Taq酶活性外，还影响双链DNA的Tm值，因而影响PCR的特异性和扩增效率。
        PCR中的最适MgCl2浓度一般为1.5-2.5mM(注意游离Mg2+浓度还与能结合Mg2+的化合物如dNTP、EDTA 等的浓度有关。
4、脱氧核苷三磷酸（dNTP）一般采用均衡的dNTP浓度，4 种dNTP各为 200umol/L,dNTP可减少游离Mg2+，因此影响聚合酶活性和引物退火。
5、模板   单、双链DNA，以及RNA经逆转录合成的cDNA。
        PCR样品可以是粗制品，但不应含有核酸酶和蛋白酶及其它干扰Taq酶活性的抑制剂 。
        引物/模板的比率影响PCR的特异性。

 (三)PCR循环参数
1、预变性（Initial denaturation）．
    模板DNA完全变性对PCR能否成功至关重要，一般95℃加热3-5分钟。
2、引物退火（Primer  annealing）
    退火温度一般需要凭实验（经验）决定。
    退火温度对PCR的特异性有较大影响。
3、引物延伸
    引物延伸一般在72℃进行（Taq酶最适温度）。
    延伸时间随扩增片段长短而定。
4、循环中的变性步骤
    循环中一般95℃，30秒足以使各种靶DNA序列完全变性：
    变性时间过长损害酶活性，过短靶序列变性不彻底，易造成扩增失败。
5、循环数
    大多数PCR含25-35循环，过多易产生非特异扩增。
6、最后延伸
   在最后一个循环后，反应在72℃维持5-15分钟．使引物延伸完全，并使单链产物退火成双链。
（四）PCR中的污染和假阳性
    PCR中污染主要来自
  1、样品间交叉污染；
  2、先前PCR产物遗留（carry-over）二、几种常用特殊PCR技术
   （一）逆转录PCR（Reverse transcription－PCR,RT-PCR）
       RNA经逆转录后可作为PCR的模板.逆转录PCR（RT－PCR）常用于基因表达研究（定量PCR）和逆病毒检测．
    设计RT－PCR引物时，应使引物分别位于不同的外显子中，以便区别cDNA和gDNA扩增产物。
   （二）多重PCR（Multiple PCR）
       在同一PCR反应体系中用多对引物（覆盖不同长度的靶序列）同时扩增。
       例如用多重PCR进行DNA缺失筛选
   (三) 套式PCR（nested PCR）
        用第一次PCR扩增区域内部的第二对（套式）引物对第一次PCR产物再次扩增,可以增加特异性和灵敏度。
   (四)非对称PCR（asymmetric PCR）
    在PCR反应体系中，限制引物之一的浓度（50－100:1）进行扩增，可得到单链PCR产物,可用于制备单链测序模板或单链DNA杂交探针。
三、PCR与突变检测
     通过PCR扩增片段的多态性分析有助于检测各种突变。
     PCR扩增产物的多态性可分为三种类型：
      1、限制性片段长度多态性（Restriction fragment length polymorphism-RFLP）;
      2、序列多态性(Sequence polymorphism);
      3、长度多态性(Length polymorphism)
 （一）PCR-RFLP分析
      设计适当的扩增引物，使扩增片段包括某一或数个多态性的限制性内切酶识别序列，在PCR扩增后用该限制酶切割PCR产物，根据电泳后酶切片段长度变化，即可作出诊断，该方法主要用于检测各种已知突变。
   （二）PCR结合ASO探针杂交分析
      ASO（Allele specific oligonucleotide）探针：等位基因特异性寡核苷酸探针，指针对各种正常和突变靶序列设计的特异性寡核苷酸探针。
    1、PCR产物变性后斑点印迹至膜上，用一系列AS0探针杂交，严格控制杂交和洗膜条件、确保正常ASO探针只与正常靶序列条交，而突变ASO只与含相应突变碱基的靶序列杂交。
    2、另一种方法是将ASO探针固定在膜上，然后与生物素标记的PCR产物杂交-反向斑点杂交（reverse dot－blot），这样一次杂交可完成多个探针检测。
上述方法适用于基因组中某些固定位点上的已知序列差异的检测，如癌细胞中的ras突变，HLA typing等。

（三）等位基因特异性扩增（A11eles specific amplification，ASA）-又称扩增阻碍突变系统(Amplification refractory mutation system，ARMS)
利用PCR引物的3’端末位碱基必须与其模板DNA互补才能有效扩增的原理，设计等位基因特异性 PCR扩增引物，在严格的条件下，只有在引物3’碱基与模板配对时才能出现PCR扩增带，从而检测出突变，该法省去了探针杂交操作。
（四）PCR-SSCP分析
单链DNA在中性条件下，由于碱基配对等分子内相互作用而具有复杂的折叠构象，在聚丙烯酰胺凝胶电泳中，其迁移率除与长度有关外，还与其构象有关。DNA的突变造成DNA片段中碱基序列不同，变性为单链后在中性聚丙烯酰胺凝胶中的构象不同—单链构象多态性（Single strand conformation polymorphism，SSCP），利用迁移率的差别可使各种序列不同的单链得以分离。
PCR一SSCP的步骤：PCR扩增→产物热变性成单链→非变性PAGE→显示（放射自显影或银染等）
PCR－SSCP是检测点突变的简便灵敏方法，已用于多种遗传病、肿瘤中原癌基因和抑癌基因的突变分析，对＜200bp片段其灵敏度较好，靶序列增长时其灵敏度下降（一般175-345nt）。
（五）扩增片段长度多态性（Amp-FLP）
VNTR、STR等重复序列，因重复单位数目的不同而呈现高度多态。因此利用重复序列两侧的特异性引物进行PCR扩增，所得扩增片段具有高度多态性，这些不同长度的等位片段可用PAGE分离。
（六）PCR直接测序
DNA序列分析是检测基因突变最直接最可信的方法，它不仅可确定突变的部位，还可确定突变的性质。PCR直接测序是指对PCR产物直接进行序列分析，而不是先将DNA待测片段克隆于测序载体上，这可大大的简化操作步骤。
PCR产物测序常采用循环测序法（cycle sequencing）：在PCR反应体系中同时将ddNTP加入，并利用同位素或荧光素标记的引物引导扩增，使模板的扩增与测序同时进行。应用PCR测序有以下优点：模板需要量小；方法简便，易自动化；测序效率高。

四、PCR在基因诊断中的应用
（一）遗传病的基因诊断
   目前已有近百种遗传病可用PCR技术进行诊断和产前诊断。用PCR对遗传病进行诊断的前提是对致病基因的结构必须部分或全部清楚。
 .如利用PCR-RFLP或Amp-FLP对遗传病家系进行连锁分析，进而作出基因诊断。
（二）传染病诊断
 PCR已应用于多种病原体的特异性检测和鉴定
 1、病毒：如HBV，HCV，HIV，HPV等。
 2、致病菌：如淋球菌、结核杆菌、军团菌、幽门螺杆菌、肺炎支原体等；
（三）肿瘤基因诊断
   1、原癌基因和抑癌基因突变，如ras,p53；癌基因扩增和表达分析。
   2、利用微卫星不稳定性，直接诊断肿瘤，如膀胱癌等；
   3、分析白血病（如CML）中异常染色体易位，检测微小残留病变（Minimal residual disease，MDR）
 4、肿瘤多药耐药性（multi-drug resistance,MDR）检测
 5、端粒酶活性检测

第三节    基因芯片技术

基因芯片（Gene chip/DNA chip）又称为DNA微矩阵（DNA Microarray），是包被在固相载体上的高密度DNA的微阵列。

一、基因芯片的类型：
1、寡核苷酸芯片：采用固相原位合成技术制备的，或用传统方法合成后再固定于芯片上的寡核苷酸探针阵列（Genechip, Affymatrix,Inc）。
2、DNA微矩阵（DNA Microarray）：将DNA探针通过自动化点样技术固定于特定的固相支持物如玻璃表面，然后再与靶序列杂交。

二、基因芯片技术的原理
DNA芯片技术是将许多特定的寡核苷酸片段或基因片段有规律地排列固定于支持物（如膜、硅片或玻璃片）上，然后通过类似核酸杂交的的方法与待测的标记样品按碱基配对原则进行杂交，再通过检测系统对其进行扫描，并用相应软件对信号进行比较和检测，得到所需的生物信息。其特点是可进行基因的高通量、大规模、平行化、集约化的信息处理和功能研究。
用DNA微矩阵进行基因表达分析的步骤
1、分离（待比较的）不同组织或细胞的mRNA,逆转录法制备带不同荧光标记的cDNA探针；
2、混合探针，并与microarray杂交，洗涤除去未结合探针。
3、用特有波长的激光扫描芯片，并用共聚焦显微镜检测各探针的荧光，各element的相对荧光强度反映特异mRNA的相对丰度。

三、基因芯片技术的应用
1、疾病诊断（遗传病、肿瘤和病原体诊断）
2、新药筛选和毒理学研究
3、突变/多态性检测
单核苷酸的多态性( single nucleotide polymorphism, SNP)。
4、基因表达分析
5、发现新基因