Дисципліна „БІОТЕХНОЛОГІЯ В РОСЛИННИЦТВІ”

Полімеразна ланцюгова реакція :

принципи та застосування

Викладач: доцент кафедри землеробства, к.с.-г.н., доцент

Манушкіна Тетяна Миколаївна, latushkina2004@mail.ru

МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ ТА ПРОДОВОЛЬСТВА УКРАЇНИМИКОЛАЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра землеробства

Література для підготовки до семінару

1. Глик Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение / Б. Глик, Дж. Пастернак. Пер. с англ. – М. : Мир, 2002. – 589с.

2. ДНК–технологии и биоинформатика в решении проблем биотехнологий млекопитающих / В. И. Глазко, Е. В. Шульга, Т. Н. Дымань, Г. В. Глазко. – Белая Церковь, 2001. – 488с.

3. Использование ПЦР–анализа в генетико-селекционных исследованиях / Под ред. Ю. М. Сиволапа. – К.: Аграрна наука, 1998. – 156с.

4. Мельничук М. Д. Біотехнологія рослин: підруч. / М. Д. Мельничук, Т. В. Новак, В. А. Кунах – К. : Поліграфкосталтинг, 2003. – 520 с.

5. Сиволап Ю. М. Важливіші принципи використання молекулярних маркерів в насінництві / Ю. М. Сиволап // Сучасний стан та перспективи розвитку насінництва в Україні: Наукові праці південного філіалу «Кримський агротехнологічний університет» Націоналного аграрного університету. Сільськогосподарські науки. – Вип. 107. – Сімферополь, 2008. – С. 150-153.

Полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР,

РСR – polymerase chain reaction) -

це метод специфічної ампліфікації ДНК in vitro, за допомогою якого протягом декількох годин можна вибірково розмножити необхідну ділянку ДНК у мільйони разів.

Метод розроблений в 1983 році американським біохіміком фірми «Cetus» Кері Мюллісом і співробітниками.

В 1993 році К. Мюлліс був удостоєний Нобелівської премії в області хімії.

Kary B. MULLIS

Завдання, що можна вирішувати за допомогою ПЛР

Ампліфікувати необхідну ділянку ДНК, навіть якщо зразок містить сумарну клітинну ДНК.

Ампліфікувати ДНК, що міститься в малих кількостях.

Аналізувати зразки, що містять деградовану ДНК (наприклад, рослинні гербарії).

Суть ПЛР полягає у трьох процесах:

Виділення ДНК. Ампліфікація ДНК. Детекція (розпізнавання)

ампліфікованих продуктів.

Для ампліфікації вибраного фрагмента ДНК використовують два праймера, комплементарних сайтам на досліджуваній ДНК.

Праймери орієнтовані 3'- кінцями назустріч один одному та убік тієї послідовності, яку потрібно ампліфікувати.

ДНК-полімераза здійснює синтез взаємно комплементарних ланцюгів ДНК, починаючи із праймерів. При синтезі ДНК праймери фізично вбудовуються в ланцюг молекул ДНК, що новосинтезуються.

Кожна із синтезованих за допомогою одного із праймерів молекул ДНК може бути матрицею для синтезу комплементарної ДНК за допомогою іншого праймера.

Типова ПЛР-ампліфікація полягає в багаторазовому повторенні

трьох реакцій: Денатурація - теплова денатурація зразка ДНК

при температурі 95ºC впродовж 1хв. В реакційній суміші разом з ДНК містяться в надлишку два праймера, термостабільна ДНК полімераза Tag і 4 дезоксирибонуклеотида.

Ренатурація – температуру знижують до 55 ºC, відбувається гібридизації праймерів з комплементарними послідовностями ДНК,;

Синтез - температуру підвищують до 75 ºC, починається синтез комплементарного ланцюга ДНК, що ініціюється 3'-гідроксильною групою праймера.

Принцип ПЛР, перший раунд

Кожен з новосинтезованих ланцюгів має значно більшу довжину, ніж відстань від 3'-ОН групи “її” праймера до кінцевого нуклеотида послідовності, комплементарної другому праймеру.

Такі ланцюги називаються “довгими матрицями”, саме на них буде йти подальший синтез.

Принцип ПЛР, другий раунд Дволанцюгову ДНК, що

складається з вихідного ланцюга та “довгої матриці”, знову піддають денатурації, а потім ренатурації з праймерами.

Під час синтезу знову утворюються “довгі матриці”, а також деяка кількість “коротких матриць” – ланцюгів з праймером на одному кінці і послідовністю, комплементарною другому праймеру, на іншому.

Принцип ПЛР, третій раунд В третьому та

подальших раундах знову повторюються реакції денатурації, ренатурації та синтезу, “коротких матриць” стає все більше.

Принцип ПЛР, тридцятий раунд Кількість “коротких

матриць” в 1 млн. разів перевищує кількість вихідних ланцюгів або “довгих матриць”

Умови проведення ПЛР Всі реакції проводять у пробірках, розміщених у

термостаті. Зміна температурного режиму і його підтримка

здійснюються автоматично. Кожен цикл триває 3-5 хв.

Детекція ампліфікованої ДНК

Одержану суміш фрагментів ДНК разділяють методом электрофореза.

Электрофореграма продуктів ПЛР трансгеної Bt-картоплі с використанням 35S-праймерів: 1- позитивний контроль; 2, 3 – трансгенні рослини; 4-6 – негативний контроль (за: Мельничук та ін., 2003).

Секвенування фрагментів ДНК,

ампліфікованих у ході ПЛР, дозволяє:

встановити молекулярно-генетичні особливості структури генома;

визначити генетичні взаємовідносини селекційних форм;

дослідити внутрішньовидову і внутрішньопопуляційну мінливість.

Визначення генетичних взаємовідносини селекційних форм

Дендрограма, що відображує генетичні взаимовідно-сини між деякими сортами винограду

Застосування ПЛР-аналізу в аграрних

технологіях В селекції:

проведення паспортизації сортів, ліній, гібридів і вихідних рослин;

упорядкування банку генетичних ресурсів.У насінництві: для контролю чистоти сорту. У біотехнології рослин: детекції наявності мутацій у сомаклональних

варіантів. У генній інженерії – визначити ефективність генетичної трансформації.

Контрольні питання до семінару 1. Структура ДНК та її елементів. 2. Дайте визначення: ПЛР, праймер. 3. Суть методу ПЛР. 4. Який матеріал можна використовувати для проведення ПЛР? 5. Які компоненти необхідні для проведення ПЛР? 6. Охарактеризуйте стадії ПЛР. 7. Особливості ампліфікації ДНК у першому, другому, третьому й

наступному циклах ПЛР. Що таке довгі та короткі матриці? 8. Умови проведення ПЛР. 9. Детекція ампліфікованої ДНК. Секвенування. 10. У чому суть дидезоксинуклеотидного методу? 11. Опишіть послідовність проведення секвенування дидезокси-

нуклеотидним методом. 12. Напрями використання ПЛР-аналізу ДНК рослин. 13. Чим викликана необхідність проведення паспортизації сортів, ліній і

гібридів? 14. Що таке дендрограмма? 15. З якою метою проводиться картування генів? 16. Підходи до розробки тест-систем на основі ПЛР для виявлення

трансгенів у генетично модифікованих організмах.

Успіхів у навчанні!