PCR之原理與應用
作  者╱
吳游源
出版社別╱
五南
出版日期╱
2023/06/01   (2版 1刷)
  
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I  S  B  N ╱
978-626-366-126-4
書  號╱
5P40
頁  數╱
268
開  數╱
16K
定  價╱
500



聚合酶鏈鎖反應(polymerase chain reaction; PCR)是一個被高度依賴、且被普遍應用的分子生物學技術,它可以將一特定DNA片段(或基因)由構造複雜的染色體或其他DNA來源(或樣品)中大量增幅出來。這就好像是一個超炫的戲法,可以由一堆如山的黃沙中,將其內所埋藏的幾顆金沙子篩選出來,並且複製成幾百萬顆金沙。如此,不但可以證明沙堆中確有金沙子的存在,並可以因此獲得大量的金沙。換句話說,PCR是一個分析型(analytical)也是一個製備型(preparative)的研究工具,它不但可以藉由強效的增幅機制,來偵測一個DNA樣品中是否含有某一特定DNA片段(或基因),而且藉由增幅可以大量製取(有時也可加以修飾)此DNA片段,以作為多種生技應用研究之材料,例如DNA 定序、基因選殖、重組蛋白表現等。此項技術可說是現今分子生物學研究中最重要的分析工具之一,同時也是多數從事生物醫學、分子遺傳分析、及基因診斷等相關領域研究所不可或缺的技術。
※推薦文
吳老師是嘉義技術學院與嘉義師範學院合併成嘉義大學後,第一批招聘的新教師,於2001年2月加入新成立的「分子與生物化學系」(現今的「生化科技學系」) 教學團隊。他是美國普渡大學生化博士,專長包括生物化學、藥劑毒物學與分子生物學。於1995年由普渡大學藥劑毒物學系結束博士後研究返國,進入預防醫學研究所(疾病管制局的前身)服務,從事疫苗研發。由於對教學有著更高的興趣與熱忱,他在工作五年多後便毅然決然地離開上述純研究的機構,投入教導後進的百年大業。我聽說他回國時,為了在將來從事教職時可能需要參考,在所租的貨櫃中同時運回十幾個大紙箱的hard copy的papers,其中有很多是他在美國期間自己所整理出來跟教學有關的文獻,但礙於當時並沒有類似USB的東西,只好將文件原稿全部運回臺灣,雖然多所費力,可見熱愛教學的種子很早就深植其心。

我認識吳老師已逾14年,由多次的接觸與討論中,可以清楚知道他對生物化學、分子生物學,及生物醫學都有很深入的見解。這當然要歸因於他在博士階段的紮實基礎、訓練與豐富的知識。甚且,在嘉大多年的教學經驗,更使得他練就出闡述相關課題時都能達到使學生清晰易懂的功力。也因為他在分子生物學的努力教導,系上有很多學生在考取優質研究所時都曾受到他很大的幫忙。吳老師的教學熱情與努力付出當然也受到學校的肯定,他曾四度獲得全校教學績優獎表揚。

吳老師的另一門課「PCR的原理與應用」,更是一門在學生間口碑不錯的課程。包括我的幾個研究生也都曾修過這門課,對生物機電學系的學生而言,雖有點難,但也能有相當程度的收穫。PCR(聚合酶鏈鎖反應)這門技術大約在1980年代初便具雛型,而吳老師在1989年就開始使用第一代的PCR機器(聽說是用水冷卻的循環方式)。時至今日,他對PCR的理論與實作經驗堪稱既深且廣,他不但熟稔很多PCR的細節與特性,再加上多年教學所累積豐富的PCR相關之應用方法與實驗經驗,已幫忙解決了很多學生在PCR實驗上的疑難雜症。在兩年前一次與吳老師的談話中,我建議他何不將這累積將近20 年的知識與寶貴經驗寫成一本專業的工具書,供學者參考。過了一年多,這本著作在吳老師的積極寫作下,於焉誕生。

這是一本以中文寫作(專有名詞也附有英文翻譯)的書,書中收納吳老師過去對PCR 的所有學習經驗與精闢認知。仔細閱讀便不難發現,其內容條理分明、鉅細靡遺、深入淺出,由基本PCR 原理解說到較深入的應用,不但書寫流暢,且敘述清晰。對於一個初學者,應該可以由本書的Part I 章節去了解PCR 的特性與基本運作,也就是「What is PCR?」;已經具有這些基礎的研究者,則可進一步由本書Part II 章節去擴展對PCR 的多項應用的了解,清楚這些應用方法可以幫他們做什麼?解決何種實驗問題?這就是「Why PCR?」。整本書的寫作除了內容豐富,蘊含吳老師一貫的用心、仔細的教學精神外,我覺得最難得的是,為了使讀者易懂好學,吳老師還親手精心繪製了超過100 個圖表來闡述較複雜的理論;此外,書中所述原理及方法也都特別附有很多適切的對應參考文獻。相信每位讀者將發現,它是一本仔細研讀就會有豐碩收穫的好書。

艾群
國立嘉義大學校長
生物機電工程學系終身特聘教授

吳游源

美國普渡大學化學系生物化學組博士。
早先任職於嘉義大學生化科技學系助理教授,專長為生物化學、分子生物學、分子毒物。

【PART I 聚合酶鏈鎖反應(Polymerase Chain Reaction; PCR)之緣起與原理】

第1章 PCR發展之背景與歷史
1-1 PCR:一個二十世紀分子生物學研究的突破性技術
1-2 PCR技術的發展簡史

第2章 典型PCR的反應成分與條件設定
2-1 典型的PCR反應成分
2-2 典型的PCR反應條件
2-3 循環增幅的細節(Details of Cycling Amplification)
2-4 PCR偵測實驗的對照組

第3章 PCR的產率與專一性(Sensitivity and Specificity of PCR)
3-1 PCR反應可能遭遇的問題與改進方法
3-2 PCR反應抑制劑
3-3 增進PCR產率與專一性的試劑
3-4 調整PCR的方法來增進產率或專一性
3-5 長片段與富含GC(GC-rich)的DNA片段之PCR增幅

第4章 PCR的忠誠性(或出錯率)(Fidelity of PCR Amplification)
4-1 PCR的錯誤率(或忠誠性)對我們的研究有何影響?
4-2 聚合酶加入錯誤核苷酸的機制
4-3 影響PCR忠誠性的因素

【PART II PCR之基礎應用(Basic Applications of PCR)】

第5章 逆向PCR(Inverse PCR; IPCR):引子背對背的PCR連接反應媒介PCR(Ligation Mediated PCR; LMPCR)
5-1 IPCR對未知序列之增幅
5-2 IPCR應用於刪除突變與定點突變之基因建構
5-3 以連接反應媒介PCR(LMPCR)進行未知序列之增幅
5-4 LMPCR指紋分析(LMPCR Fingerprinting Analysis)
5-5 以LMPCR進行DNA胞內腳紋(in vivo Footprinting)分析

第6章 多重引子PCR(Multiplex PCR; mPCR)與巢狀PCR(Nested PCR)
6-1 多重引子PCR(Multiplex PCR; mPCR)
6-2 巢狀PCR(Nested PCR)

第7章 反轉錄PCR(Reverse Transcription PCR; RT-PCR)
7-1 RT-PCR的用途
7-2 RT-PCR的基本步驟
7-3 反轉錄酶的特性與選擇
7-4 單一步驟或兩步驟RT-PCR
7-5 RT-PCR 經常被用於分析特定基因之差異性表現

第8章 定量PCR與即時PCR(Quantitative PCR and Real-time PCR)
8-1 早期定量PCR是一種終端PCR(End-point PCR)的分析方式
8-2 新一代的定量PCR:即時PCR(Real-time PCR)

第9章 應用PCR做全基因體差異性分析(Whole Genome Variation Analysis by PCR)
9-1 RAPD:隨機增幅多型性DNA(Random Amplified Polymorphic DNA)
9-2 AFLP:增幅片段長度多型性(Amplified Fragment Length Polymorphism)
9-3 IRS-PCR:散布性重複序列PCR(Interspersed Repeat Sequence PCR)
9-4 STR-PCR:短而連續重複序列PCR(Short Tandem Repeat PCR)
9-5 CODIS:組合式DNA指標系統(Combined DNA Index System)

第10章 PCR於基因選殖之應用(PCR Mediated DNA Cloning)
10-1 T/A(或稱A/T)選殖(T/A Cloning)
10-2 利用PCR 將目標DNA 兩側加入選殖所需特定限制性內切酶之辨識序列
10-3 不需使用連接酶或限制性酵素的特殊PCR基因選殖
10-4 使用degenerate引子的PCR與基因建構
10-5 利用PCR 來製備單股目標基因(或DNA)

第11章 利用PCR偵測基因突變(Mutation Detection by PCR)
11-1 已知突變點與突變方式之PCR偵測
11-2 特定基因中之未特定突變點(或型態)之PCR相關偵測

第12章 利用PCR來創造突變(PCR Mediated Mutagenesis)
12-1 利用PCR定點突變(PCR Mediated Site-Directed Mutagenesis)
12-2 以兩步驟PCR方法來製備一長片段插入性突變(Two-PCR Method for Making a Long Insertion Mutant)
12-3 連接子掃描突變(Linker Scanning Mutagenesis; LSM)
12-4 利用PCR進行隨機突變(PCR Mediated Random Mutagenesis)

第13章 結語

英中文索引

地球生命簡史
生物學研究:研
究什麼?如何研
究?理解了什麼

植物營養學
圖解食品添加物
與實務
圖解實用食品微
生物學
食品衛生與安全