تعداد نشریات | 23 |
تعداد شمارهها | 383 |
تعداد مقالات | 3,036 |
تعداد مشاهده مقاله | 2,760,826 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 1,950,061 |
واکنش زنجیرهای پلیمراز: انواع، کاربردها، ابزارهای بیوانفورماتیک و راهنمای طراحی آغازگر با تأکید بر غلات | ||
بیوتکنولوژی و بیوشیمی غلات | ||
دوره 2، شماره 3، مهر 1402، صفحه 340-390 اصل مقاله (2.44 M) | ||
نوع مقاله: مروری | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22126/cbb.2024.10070.1063 | ||
نویسندگان | ||
مونا بردبار1؛ رضا درویش زاده* 1؛ مراد جعفری1؛ دانیال کهریزی2 | ||
1گروه تولید و ژنتیک گیاهی دانشکده کشاورزی دانشگاه ارومیه. ارومیه، ایران. | ||
2گروه بیوتکنولوژی کشاورزی دانشکده کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس. تهران، ایران. | ||
چکیده | ||
مقدمه: واکنش زنجیرهای پلیمراز (PCR) یک فناوری بسیار مهم و کاربردی در زمینههای مختلف علوم زیستی و پزشکی میباشد. با استفاده از این تکنیک میتوان در شرایط درونشیشهای (in vitro) با حداقل مقدار DNA، میلیونها نسخه از یک الگوی مشخص را تکثیر نمود. این امر پیشرفتهای عمدهای در زیستشناسی مولکولی و پزشکی رقم زده است. این تکنیک، کاربردهای بسیار متنوعی در علوم زیستی دارد. آغازگرهای PCR جزء جداییناپذیر PCR هستند. آغازگرهایی که به خوبی طراحی شوند، به سیستم PCR اجازه میدهند تا با دقت کار کند. برای ایجاد یک جفت آغازگر خوب PCR، عوامل متعددی از جمله طول جفت باز، دمای ذوب و اتصال، تکرار جفت باز و غیره باید در نظر گرفته شوند. آغازگرهای PCR که با دقت طراحی میشوند، نه تنها حساسیت و اختصاصیت را افزایش میدهند، بلکه تلاش صرف شده برای بهینهسازی تجربی را نیز کاهش میدهند؛ در حالیکه PCR به یکی از با ارزش ترین تکنیک هایی تبدیل شده است که در حال حاضر در علوم زیستی، تشخیصی و پزشکی قانونی استفاده می شود. PCR has become one of the most valuable techniques currently used in life sciences, diagnostics and forensics. PCR به یکی از با ارزش ترین تکنیک ها تبدیل شده است که در حال حاضر در علوم زیستی، تشخیصی و پزشکی قانونی مورد استفاده قرار می گیرد. PCR has become one of the most valuable techniques currently used in life sciences, diagnostics and forensics. «نتایج کامل» بار نشد امتحان مجدد درحال تلاش مجدد… طراحی ضعیف آغازگر همراه با عدم بهینهسازی شرایط واکنش احتمالاً منجر به کاهش دقت فنی و تشخیص مثبت یا منفی کاذب در تکثیر قطعات DNA هدف میشود. بیوانفورماتیک نه تنها برای تحقیقات پایه، بلکه برای تحقیقات کاربردی در علوم زیستی به ابزاری اساسی تبدیل شده است. ابزارهای طراحی آغازگر با خودکارسازی محاسبات پیچیده و دقیق در کمترین زمان ممکن طراحی بهینه و کارآمد آغازگرها را فراهم میکنند. مواد و روشها: مقاله حاضر یک مقاله مروری میباشد که به شیوه تحلیل محتوا (Content analysis) با جستجوی کلید واژههای واکنش زنجیرهای پلیمراز (PCR)، انواع PCR، طراحی آغازگر برای PCR در مقالههای مرتبط در پایگاههای اینترنتیGoogle scholar ،Web of science ،PubMed و Scopus به دست آمده است. یافتهها: این مقاله قصد دارد با مروری بر روش PCR، انواع و کاربردهای آن و با استفاده از پیوندها و خدمات موجود در وب، راهنمایی تقریباً کاملی به منظور طراحی آغازگرهای کارآمد و بهینه برای آنالیزهای PCR و qPCR ارائه نماید. در این راستا، در قسمت اول مقاله انواع روشها از قبیل PCR استاندارد، PCR رونویسی معکوس (RT- PCR)، PCR کمی (qPCR)، RT-PCR/qPCR ترکیبی و ... با ارایه شکلهای مناسب توضیح داده شده است. در ادامه کاربرد انواع PCRها با تأکید بر تحقیقات غلات خلاصه شده است. در انتها، روشهای طراحی آغازگر خصوصاً برای qPCR، طبقهبندی و بررسی نرمافزارهای موجود و قابلیتهای آنها، روشها و نرمافزارهای بررسی خصوصیات آغازگرها برای کسب حداکثر اختصاصیت و کارایی PCR، نحوه استخراج توالی ژن در طراحی آغازگر برای PCR با ارایه مثالهای عملی ارایه شده است. نتیجهگیری: یک PCR با آغازگرهای ضعیف به دلیل تکثیر غیر اختصاصی و یا تشکیل دیمر آغازگر، میتواند محصول کمی داشته باشد یا اصلاً محصولی به دنبال نداشته باشد. ابزارهای آنلاین متعددی معرفی شدند که برای تهیه آغازگرهای مؤثر برای PCR در زمینه زیست مولکولی استفاده میشوند. | ||
کلیدواژهها | ||
بیوانفورماتیک؛ PCR استاندارد؛ PCR در زمان واقعی؛ طراحی پرایمر | ||
مراجع | ||
Al Mazrooei, S. S., & Alreshidi, D. R. 2023. PCR-screening of genetically modified organisms in food and feed products sold in Kuwait's market. Kuwait Journal of Science. Baechtel, F.S., & Quantico, V. 1989. The extraction, purification and quantification of DNA. In Proceedings of the International Symposium on the Forensic Aspects of DNA Analysis (pp. 25-28). United States Government Printing Office. Baltimore, D. 1970. Viral RNA-dependent DNA polymerase: RNA-dependent DNA polymerase in virions of RNA tumour viruses. Nature, 226(5252), 1209-1211. Banifatemeh, M., Darvishzadeh, R., & Arzhang, S. 2021. The expression pattern of ZmNHX1, ZmHKT1, and ZmMYB30 genes in maize under salinity stress. Agricultural Biotechnology Journal, 13(1), 137-158. Bebenek, K., & Kunkel, T.A. 1989. The use of native T7 DNA polymerase for site-directed mutagenesis. Nucleic Acids Research, 17(13), 5408. Benson, L.M., Null, A.P., & Muddiman, D.C. 2003. Advantages of Thermococcus kodakaraenis (KOD) DNA polymerase for PCR-mass spectrometry based analyses. Journal of the American Society for Mass Spectrometry, 14(6), 601-604. Breslauer, K.J., Frank, R., Blöcker, H., & Marky, L.A. 1986. Predicting DNA duplex stability from the base sequence. Proceedings of the National Academy of Sciences, 83(11), 3746-3750. Brock, T.D., & Freeze, H. 1969. Thermus aquaticus gen. n. and sp. n., a nonsporulating extreme thermophile. Journal of Bacteriology, 98(1), 289-297. Bustin, S., & Huggett, J. 2017. qPCR primer design revisited. Biomolecular Detection and Quantification, 14, 19-28. Butler, J.M. 2005. Forensic DNA typing: biology, technology, and genetics of STR markers. Elsevier. Cahill, P., Bakis, M., Hurley, J., Kamath, V., Nielsen, W., Weymouth, D, ... & Smith, D.R. 2003. Exo-proofreading, a versatile SNP scoring technology. Genome Research, 13(5), 925-931. Carracedo, A. (Ed.). 2005. Forensic DNA typing protocols (Vol. 297). Springer Science & Business Media. Chen, H., & Zhu, G. 1997. Computer program for calculating the melting temperature of degenerate oligonucleotides used in PCR or hybridization. Biotechniques, 22(6), 1158-1160. Chou, Q., Russell, M., Birch, D.E., Raymond. J, & Bloch, W. 1992. Prevention of pre-PCR mis-priming and primer dimerization improves low-copy-number amplifications. Nucleic Acids Research, 20(7), 1717-1723. Dale, R.M.K., McClure, B.A., & Houchins, J.P. 1985. A rapid single-stranded cloning strategy for producing a sequential series of overlapping clones for use in DNA sequencing: application to sequencing the corn mitochondrial 18 S rDNA. Plasmid, 13(1), 31-40. Deepa, N., Adkar-Purushothama, C. R., & Sreenivasa, M. Y. 2016. Nested PCR method for early detection of fumonisin producing Fusarium verticillioides in pure cultures, cereal samples and plant parts. Food Biotechnol, 30(1), 18-29. Diaz, R.S., & Sabino, E.C. 1998. Accuracy of replication in the polymerase chain reaction. Comparison between Thermotoga maritima DNA polymerase and Thermus aquaticus DNA polymerase. Brazilian Journal of Medical and Biological Research, 31(10), 1239-1242. Dieffenbach, C.W., Lowe, T.M., & Dveksler, G.S. 1993. General concepts for PCR primer design. PCR Methods Appl., 3(3), S30-S37. Don, R.H., Cox, P.T., Wainwright, B.J., Baker, K., & Mattick, J.S. 1991. 'Touchdown'PCR to circumvent spurious priming during gene amplification. Nucleic Acids Research, 19(14), 4008. Dreier, J., Störmer, M., & Kleesiek, K. 2007. Real-time polymerase chain reaction in transfusion medicine: applications for detection of bacterial contamination in blood products. Transfusion Medicine Reviews, 21(3), 237-254. Elbeaino, T., Whitfield, A., Sharma, M., & Digiaro, M. 2013. Emaravirus-specific degenerate PCR primers allowed the identification of partial RNA-depende nt RNA polymerase sequences of Maize red stripe virus and Pigeonpea sterility mosaic virus. Journal of Virological Methods, 188(1-2), 37-40. Erlich, H.A., Gelfand, D., & Sninsky, J.J. 1991. Recent advances in the polymerase chain reaction. Science, 252(5013), 1643-1651. Gachon, C., Mingam, A., & Charrier, B. 2004. Real-time PCR: what relevance to plant studies? Journal of Experimental Botany, 55(402), 1445-1454. Hara, P.J., & Venezia, D. 1991. PRIMEGEN, a tool for designing primers from multiple alignments. Bioinformatics, 7(4), 533-534. Hayden, M.J., Nguyen, T.M., Waterman, A., & Chalmers, K.J. 2008. Multiplex-ready PCR: a new method for multiplexed SSR and SNP genotyping. BMC Genomics, 9(1), 1-12. He, Q., Marjamäki, M., Soini, H., Mertsola, J., & Viljanen, M.K. 1994. Primers are decisive for sensitivity of PCR. Biotechniques, 17(1), 82-84. Higuchi, R., Dollinger, G., Walsh, P.S., & Griffith, R. 1992. Simultaneous amplification and detection of specific DNA sequences. Biotechnology, 10(4), 413-417. Huang, X. Q., & Cloutier, S. 2007. Hemi-nested touchdown PCR combined with primer-template mismatch PCR for rapid isolation and sequencing of low molecular weight glutenin subunit gene family from a hexaploid wheat BAC library. BMC Genetics, 8(1), 1-9. Innis, M.A., Myambo, K.B., Gelfand, D.H., & Brow, M.A. 1988. DNA sequencing with Thermus aquaticus DNA polymerase and direct sequencing of polymerase chain reaction-amplified DNA. Proceedings of the National Academy of Sciences, 85(24), 9436-9440. Isenbarger, T.A., Finney, M., Ríos-Velázquez, C., Handelsman, J., & Ruvkun, G. 2008. Miniprimer PCR, a new lens for viewing the microbial world. Applied and Environmental Microbiology, 74(3), 840-849. Jabeen, U., Ali, A., Ullah, S., Mushtaque, R., Naqvi, S. W. H., Uddin, J., ... & Al-Harrasi, A. 2023. Screening of food allergens in cereals using real-time PCR. Revue Française d'Allergologie, 63(4), 103620. Jiang, Y., Ren, Y., Xu, X., Wang, H., & Wei, C. 2022. Application of allele specific PCR in identifying offspring genotypes of bi-allelic sbeIIb mutant lines in rice. Plants, 11(4), 524. Js, C. 1988. Deletion screening of the Duchenne muscular dystrophy locus via multiplex DNA amplification. Nucleic Acids Research, 93, 265-269. Kaledin, A.S., Sliusarenko, A.G., & Gorodetskiĭ, S.I. 1980. Isolation and properties of DNA polymerase from extreme thermophylic bacteria Thermus aquaticus YT-1. Biokhimiia (Moscow, Russia), 45(4), 644-651. Kanoksilapatham, W., González, J.M., Maeder, D.L., DiRuggiero, J., & Robb, F.T. 2004. A proposal to rename the hyperthermophile Pyrococcus woesei as Pyrococcus furiosus subsp. woesei. Archaea, 1(4), 277-283. Kermekchiev, M.B., Kirilova, L.I., Vail, E.E, & Barnes, W.M. 2009. Mutants of Taq DNA polymerase resistant to PCR inhibitors allow DNA amplification from whole blood and crude soil samples. Nucleic Acids Research, 37(5), e40-e40. Khorana, H.G., Agarwal, K.L., Besmer, P., Büchi, H., Caruthers, M.H., Cashion, P.J., ... & Van de Sande, J.H. 1976. Total synthesis of the structural gene for the precursor of a tyrosine suppressor transfer RNA from Escherichia coli. 1. General introduction. Journal of Biological Chemistry, 251(3), 565-570. Kilger, C., Krings, M., Poinar, H., & Pääbo, S. 1997. “Colony sequencing”: direct sequencing of plasmid DNA from bacterial colonies. Biotechniques, 22(3), 412-418. Kim, S. R., Jeon, J. S., & An, G. 2011. Development of an efficient inverse PCR method for isolating gene tags from T-DNA insertional mutants in rice. Plant Reverse Genetics: Methods and Protocols, 139-146. Kleppe, K., Ohtsuka, E., Kleppe, R., Molineux, I., & Khorana, H.G. 1971. Studies on polynucleotides: XCVI. Repair replication of short synthetic DNA's as catalyzed by DNA polymerases. Journal of Molecular Biology, 56(2), 341-361. Kunkel, T.A., Roberts, J.D., & Zakour, R.A. 1987. [19] Rapid and efficient site-specific mutagenesis without phenotypic selection. Methods in Enzymology, 154, 367-382. Kwok, S., Kellogg, D.E., McKinney, N., Spasic, D., Goda, L., Levenson, C., & Sninsky, J.J. 1990. Effects of primer-template mismatches on the polymerase chain reaction: human immunodeficiency virus type 1 model studies. Nucleic Acids Research, 18(4), 999-1005. Kwok, S., Mack, D.H., Mullis, K.B., Poiesz, B., Ehrlich, G., Blair, D., ... & Sninsky, J.J. 1987. Identification of human immunodeficiency virus sequences by using in vitro enzymatic amplification and oligomer cleavage detection. Journal of Virology, 61(5), 1690-1694. Lang, M., & Orgogozo, V. 2012. Identification of homologous gene sequences by PCR with degenerate primers. In Molecular methods for evolutionary genetics (pp. 245-256). Humana Press. Li, P., Kupfer, K.C., Davies, C.J., Burbee, D., Evans, G.A., & Garner, H.R. 1997. PRIMO: a primer design program that applies base quality statistics for automated large-scale DNA sequencing. Genomics, 40(3), 476-485. Ling, X. Y., Zhang, G., Pan, G., Long, H., Cheng, Y., Xiang, C., ... & Chen, Z. 2015. Preparing long probes by an asymmetric polymerase chain reaction-based approach for multiplex ligation-dependent probe amplification. Analytical Biochemistry, 487, 8-16. Linz, U., Delling, U., & Rübsamen-Waigmann, H. 1990. Systematic studies on parameters influencing the performance of the polymerase chain reaction. Journal of Clinical Chemistry and Clinical Biochemistry (Zeitschrift fur Klinische Chemie und Klinische Biochemie), 28(1), 5-13. Liu, M.Q., Shen, X., Yin, W.L., & Lu, C.F. 2007. Changes of 5′ Terminal Nucleotides of PCR Primers Causing Variable T‐A Cloning Efficiency. Journal of Integrative Plant Biology, 49(3), 382-385. Lowe, T., Sharefkin, J., Yang, S.Q., & Dieffenbach, C.W. 1990. A computer program for selection of oligonucleotide primers for polymerase chain reactions. Nucleic Acids Research 18(7): 1757-1761. Lucas, K., Busch, M., Mössinger, S., & Thompson, J.A. 1991. An improved microcomputer program for finding gene-or gene family-specific oligonucleotides suitable as primers for polymerase chain reactions or as probes. Bioinformatics, 7(4), 525-529. Mackay, I.M. 2004. Real-time PCR in the microbiology laboratory. Clinical Microbiology and Infection, 10(3), 190-212. Makarova, K.S., Mazin, A.V., Wolf, Y.I., & Soloviev, V.V. 1992. DIROM: an experimental design interactive system for directed mutagenesis and nucleic acids engineering. Bioinformatics, 8(5), 425-431. Mattila, P., Korpela, J., Tenkanen, T., & Pitkämem, K. 1991. Fidelity of DNA synthesis by the Thermococcus litoralis DNA polymerase—an extremely heat stable enzyme with proofreading activity. Nucleic Acids Research, 19(18), 4967-4973. Moon, J. C., Kim, J. H., & Jang, C. S. 2016. Development of multiplex PCR for species-specific identification of the Poaceae family based on chloroplast gene, rpoC2. Applied Biological Chemistry, 59, 201-207. Müller, C.R. 2001. Quality control in mutation analysis: The European molecular genetics quality network (EMQN). European Journal of Pediatrics, 160(8), 464-467. Mullis, K.B., & Faloona, F.A. 1987. Specific synthesis of DNA in vitro via a polymerase-catalyzed chain reaction. Methods in Enzymology, 155, 335-350. Myers, T.W., & Gelfand, D.H. 1991. Reverse transcription and DNA amplification by a Thermus thermophilus DNA polymerase. Biochemistry, 30(31), 7661-7666. Newton, C.R., Graham, A., Heptinstall, L.E., Powell, S.J., Summers, C., Kalsheker, N., ... & Markham, A.F. 1989. Analysis of any point mutation in DNA. The amplification refractory mutation system (ARMS). Nucleic Acids Research, 17(7), 2503-2516. Ochman, H., Gerber, A.S., & Hartl, D.L. 1988. Genetic applications of an inverse polymerase chain reaction. Genetics, 120(3), 621-623. Osborne, B.I. 1992. HyperPCR: A Macintosh HyperCard program for the determination of optimal PCR annealing temperature. Computer Applications in the Biosciences, 8(1), 83. Plourde-Owobi, L., Seguin, D., Baudin, M.A., Moste, C., & Rokbi, B. 2005. Molecular characterization of Clostridium tetani strains by pulsed-field gel electrophoresis and colony PCR. Applied and Environmental Microbiology, 71(9), 5604-5606. Primer Design Tips & Tools, http://www.lifetech nologies.com/in/en/home/products-and-services/ product-types/primers-oligos-nucleotides /invitrogen-custom-dna-oligos/primer-designtools.html. Quill, E. 2008. Blood-matching goes genetic. Science, 319(5869), 1478-1479. Rothwell, P.J., & Waksman, G. 2005. Structure and mechanism of DNA polymerases. Advances in Protein Chemistry, 71, 401-440. Roux, K.H. 1995. Optimization and troubleshooting in PCR. Genome Research, 4(5), S185-S194. Rychlik, W., & Rhoads, R.E. 1989. A computer program for choosing optimal oligonudeotides for filter hybridization, sequencing and in vitro amplification of DNA. Nucleic Acids Research, 17(21), 8543-8551. Rychlik, W., Spencer, W.J., & Rhoads, R.E. 1990. Optimization of the annealing temperature for DNA amplification in vitro. Nucleic Acids Research, 18(21), 6409-6412. Saiki, R.K., Scharf, S., Faloona, F., Mullis, K.B., Horn, G.T., Erlich, H.A., & Arnheim, N. 1985. Enzymatic amplification of beta-globin genomic sequences and restriction site analysis for diagnosis of sickle cell anemia. Science, 230(4732), 1350-1354. Shampo, M.A., & Kyl, R.A. 2002. Kary B. Mullis—Nobel Laureate for procedure to replicate DNA. In Mayo Clinic Proceedings, 77(7), 606. Sheffield, V.C., Cox, D.R., Lerman, L.S., & Myers, R.M. 1989. Attachment of a 40-base-pair G+ C-rich sequence (GC-clamp) to genomic DNA fragments by the polymerase chain reaction results in improved detection of single-base changes. Proceedings of the National Academy of Sciences, 86(1), 232-236. Singh, J., Birbian, N., Sinha, S., & Goswami, A. 2014. A critical review on PCR, its types and applications. Int. J. Adv. Research in Biological Sciences, 1(7), 65-80 Singh, V.K., & Kumar, A. 2001. PCR primer design. Molecular Biology Today, 2(2), 27-32. Tamura, T., Holbrook, S.R., & Kim, S.H. 1991. A Macintosh computer program for designing DNA sequences that code for specific peptides and proteins. Biotechniques, 10(6), 782-784. Taylor, S., Wakem, M., Dijkman, G., Alsarraj, M., & Nguyen, M. 2010. A practical approach to RT-qPCR—publishing data that conform to the MIQE guidelines. Methods, 50(4), S1-S5. Temin, H. M., & Mizutani, S. 2010. RNA-dependent DNA polymerase in virions of Rous sarcoma virus. Nature, 226 (5252): 1211-1213. Thornton, B., & Basu, C. 2011. Real‐time PCR (qPCR) primer design using free online software. Biochemistry and Molecular Biology Education, 39(2), 145-154. Ugozzoli, L., & Wallace, R.B. 1991. Allele-specific polymerase chain reaction. Methods, 2(1), 42-48. Varkonyi-Gasic, E., & Hellens, R.P. 2010. qRT-PCR of small RNAs. In Plant Epigenetics (pp. 109-122). Humana Press. Wallace, R.B., Shaffer, J., Murphy, R.F., Bonner, J., Hirose, T., & Itakura, K. 1979. Hybridization of synthetic oligodeoxyribonucleotides to ΦX 174 DNA: the effect of single base pair mismatch. Nucleic Acids Research, 6(11), 3543-3558. Wang, Y., Prosen, D.E., Mei, L., Sullivan, J.C., Finney, M., & Vander Horn, P.B. 2004. A novel strategy to engineer DNA polymerases for enhanced processivity and improved performance in vitro. Nucleic Acids Research, 32(3), 1197-1207. Watson, J.D., & Crick, F.H. 1953. Molecular structure of nucleic acids: a structure for deoxyribose nucleic acid. Nature, 171(4356), 737-738. Wilks, A.F., Kurban, R.R., Hovens, C.M., & Ralph, S.J. 1989. The application of the polymerase chain reaction to cloning members of the protein tyrosine kinase family. Gene, 85(1): 67-74. Wong, M. L., & Medrano, J. F. 2005. Real-time PCR for mRNA quantitation. Biotechniques, 39(1), 75-85. Wood, K.A., Dipasquale, B., & Youle, R.J. 1993. In situ labeling of granule cells for apoptosis-associated DNA fragmentation reveals different mechanisms of cell loss in developing cerebellum. Neuron, 11(4), 621-632. Wu, D.Y., Ugozzoli, L., Pal, B.K., Qian, J., & Wallace, R.B. 1991. The effect of temperature and oligonucleotide primer length on the specificity and efficiency of amplification by the polymerase chain reaction. DNA and Cell Biology, 10(3), 233-238. Xu, R., Chen, Q., Robleh Djama, Z., & Tambong, J. T. 2010. Miniprimer PCR assay targeting multiple genes: a new rapid and reliable tool for genotyping Pantoea stewartii subsp. stewartii. Letters in Applied Microbiology, 50(2), 216-222. Yesheng, T., Ying, L., Jingjie, Z., Xin, H., Zhixin, L., Bin, H., & Guofan, H. 2002. Colony PCR apply to the rice genome sequencing. Progress in Biochemistry and Biophysics, 29(2), 316-318. You, F.M., Huo, N., Gu, Y.Q., Luo, M.C., Ma, Y., Hane, D., ... & Anderson, O.D. 2008. BatchPrimer3: a high throughput web application for PCR and sequencing primer design. BMC Bioinformatics, 9(1), 1-13. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 455 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 295 |