《定量PCR技術(shù)》PPT課件.ppt
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1、定 量 PCR技 術(shù) 李 文 亭 簡(jiǎn) 單 介 紹v什 么 是 PCRvPCR的 工 作 原 理vPCR的 基 本 反 應(yīng) 步 驟vPCR的 用 處v解 鏈 溫 度 定 量 PCR 理 論 部 分 相 對(duì) RT-PCR 定 量 RT-PCR定 量 PCR 競(jìng) 爭(zhēng) 性 RT-PCR 實(shí) 時(shí) 定 量 PCR 定 量 PCR實(shí) 驗(yàn) 部 分 實(shí) 驗(yàn) 準(zhǔn) 備 : 實(shí) 驗(yàn) 器 具 與 材 料 實(shí) 驗(yàn) 器 具 的 處 理 與 準(zhǔn) 備 試 劑 的 配 制 定 量 PCR實(shí) 驗(yàn) 部 分實(shí) 驗(yàn) 操 作 設(shè) 計(jì) PCR反 應(yīng) 引 物 細(xì) 胞 的 培 養(yǎng) 與 收 集 總 RNA的 提 取 RNA完 整 性 檢 測(cè) -N
2、orthern印 跡 技 術(shù) RNA純 度 檢 測(cè) 合 成 cDNA的 引 物 的 選 擇 反 轉(zhuǎn) 錄 為 cDNA PCR反 應(yīng) The End 設(shè) 計(jì) PCR反 應(yīng) 引 物三 條 基 本 原 則引 物 設(shè) 計(jì) 軟 件引 物 濃 度 要 求 總 RNA的 提 取v異 硫 氰 酸 胍 /氯 化 銫 超 速 離 心 法 制 備 RNA v使 用 Trizol純 化 RNA v熱 酚 法 v氯 化 鋰 -尿 素 法 v利 用 Marligen總 RNA快 速 純 化 系 統(tǒng) 純 化 總 RNAv利 用 Ambion的 Mitropoly(a)Pure試 劑 盒 分 離mRNA RNA完 整 性 檢
3、 測(cè)Northern印 跡 原 理 Northern印 跡 技 術(shù) 是 分 析 RNA的 一 種 方 法 ,該 技 術(shù) 可 定 量 分 析 某 一 特 異 基 因 轉(zhuǎn) 錄 的 強(qiáng) 度 ,根 據(jù) 其 遷 移 的 位 置 也 可 判 斷 基 因 轉(zhuǎn) 錄 產(chǎn) 物 的大 小 。 該 技 術(shù) 常 用 于 基 因 表 達(dá) 的 調(diào) 控 、 基 因結(jié) 構(gòu) 與 功 能 、 遺 傳 變 異 及 病 理 研 究 。Northern印 跡 步 驟 瓊 脂 凝 膠 電 泳 、 轉(zhuǎn) 移 、 預(yù) 雜 交 、 雜 交 、 漂 洗 、放 射 自 顯 影 RNA純 度 檢 測(cè)v待 測(cè) 核 酸 以 水 為 溶 劑 并 作 適 當(dāng)
4、稀 釋 ( 這 里 稀釋 400 倍 : 5 l RNA 樣 品 +1995 l蒸 餾 水 ) ,使 用 1cm 光 程 的 石 英 比 色 杯 , 以 水 調(diào) 好 儀 器的 零 點(diǎn) , 然 后 測(cè) 定 并 記 錄 樣 品 液 在 280,260nm 處 的 吸 光 度 。 以 估 算 RNA 的 純 度 和 濃度 。vOD260/OD280在 1.8-2.0時(shí) , 認(rèn) 為 RNA 中 蛋 白或 者 時(shí) 其 他 有 機(jī) 物 的 污 染 可 以 容 忍 。 合 成 cDNA的 引 物 的 選 擇v 1) 隨 機(jī) 六 聚 體 引 物 : 當(dāng) 特 定 mRNA 由 于 含 有 使 反 轉(zhuǎn)錄 酶 終
5、止 的 序 列 而 難 于 拷 貝 其 全 長(zhǎng) 序 列 時(shí) , 可 采 用隨 機(jī) 六 聚 體 引 物 這 一 不 特 異 的 引 物 來(lái) 拷 貝 全 長(zhǎng)mRNA。 。v 2) Oligo(dT): 是 一 種 對(duì) mRNA 特 異 的 方 法 。 因 絕 大多 數(shù) 真 核 細(xì) 胞 mRNA具 有 3 端 Poly(A+)尾 , 此 引 物 與其 配 對(duì) , 僅 mRNA 可 被 轉(zhuǎn) 錄 。v 3) 特 異 性 引 物 : 最 特 異 的 引 發(fā) 方 法 是 用 含 目 標(biāo) RNA 的 互 補(bǔ) 序 列 的 寡 核 苷 酸 作 為 引 物 。 PCR反 應(yīng)v相 對(duì) RT-PCR的 PCR擴(kuò) 增 v
6、競(jìng) 爭(zhēng) 性 RT-PCR的 PCR擴(kuò) 增 v實(shí) 時(shí) 定 量 PCR擴(kuò) 增 操 作 相 對(duì) RT-PCR的 PCR擴(kuò) 增 相 對(duì) RT-PCR的 實(shí) 驗(yàn) 過(guò) 程 有 三 個(gè) 關(guān) 鍵 步 驟 : 1) 選 擇 一 種 定 量 方 法 : 溴 化 乙 錠 染 色 , 或者 放 射 自 顯 影 -閃 爍 計(jì) 數(shù) 儀 , 或 者 用 磷 光 攝 像儀 定 量 。 2) 相 對(duì) RT-PCR要 確 定 其 擴(kuò) 增 的 線 性 范 圍 :復(fù) 制 的 PCR產(chǎn) 物 每 隔 一 個(gè) 循 環(huán) 從 熱 循 環(huán) 儀 中 取出 并 收 集 , 通 過(guò) 用 產(chǎn) 物 的 量 ( 取 對(duì) 數(shù) ) 對(duì) 循環(huán) 數(shù) 作 圖 , 其
7、 線 性 范 圍 是 一 條 直 線 。下 一 頁(yè) 3) 相 對(duì) RT-PCR的 內(nèi) 對(duì) 照 一 般 用 看 家 基 因 ,這 樣 可 使 對(duì) 樣 品 進(jìn) 行 處 理 和 變 換 細(xì) 胞 類 型 時(shí) ,內(nèi) 對(duì) 照 的 表 達(dá) 不 受 影 響 。 其 次 要 求 內(nèi) 對(duì) 照 的表 達(dá) 水 平 要 與 目 的 轉(zhuǎn) 錄 本 的 表 達(dá) 水 平 相 似 ,這 可 以 在 擴(kuò) 增 體 系 中 添 加 競(jìng) 爭(zhēng) 子 來(lái) 削 弱 看 家基 因 的 信 號(hào) 。 競(jìng) 爭(zhēng) 子 是 一 些 經(jīng) 過(guò) 修 飾 無(wú) 法 延伸 的 引 物 。 通 過(guò) 實(shí) 驗(yàn) 確 定 引 物 : 競(jìng) 爭(zhēng) 子 的 比例 來(lái) 模 擬 目 的 轉(zhuǎn)
8、錄 本 的 量 , 一 旦 這 一 比 例 被確 定 , 他 就 可 以 和 線 性 范 圍 的 循 環(huán) 參 數(shù) 一 起對(duì) RNA樣 品 中 的 轉(zhuǎn) 錄 本 的 量 進(jìn) 行 定 量 。下 一 頁(yè) 樣 品 和 內(nèi) 對(duì) 照 同 時(shí) 進(jìn) 行 單 鏈 cDNA合 成 反 應(yīng) ,之 后 加 入 到 反 應(yīng) 管 中 同 時(shí) 進(jìn) 行 PCR的 擴(kuò) 增 , 然后 用 變 形 凝 膠 來(lái) 分 析 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 。 定 量 樣 品 PCR產(chǎn) 物 的 相 對(duì) 含 量 , 可 以 用 基 因 特 異 性 產(chǎn) 物 的信 號(hào) 除 以 內(nèi) 對(duì) 照 的 信 號(hào) , 從 而 可 以 得 到 每 個(gè)樣 品 中 基 因 特 異
9、產(chǎn) 物 的 準(zhǔn) 確 相 對(duì) 值 。 這 些 值可 以 用 來(lái) 比 較 樣 品 間 模 板 RNA的 相 對(duì) 表 達(dá) 量 。返 回 競(jìng) 爭(zhēng) 性 RT-PCR的 PCR擴(kuò) 增 競(jìng) 爭(zhēng) 性 RT-PCR的 關(guān) 鍵 步 驟 是 人 工 競(jìng) 爭(zhēng) 子 的 合 成和 純 化 。 競(jìng) 爭(zhēng) 子 與 目 的 的 內(nèi) 源 轉(zhuǎn) 錄 本 幾 乎 一 樣 , 只是 為 了 辨 別 在 設(shè) 計(jì) 時(shí) 刪 除 了 一 小 部 分 。 競(jìng) 爭(zhēng) 子 是 設(shè)計(jì) 用 于 反 轉(zhuǎn) 錄 和 PCR擴(kuò) 增 的 RNA分 子 , 與 目 的 內(nèi) 源 轉(zhuǎn)錄 本 具 有 相 同 的 效 率 。 接 下 來(lái) 是 競(jìng) 爭(zhēng) 子 RNA的 合 成 、 純
10、 化 和 定 量 。 之 后是 對(duì) 樣 品 進(jìn) 行 拷 貝 數(shù) 的 評(píng) 估 。 要 先 進(jìn) 行 預(yù) 實(shí) 驗(yàn) 。 即模 板 與 梯 度 稀 釋 ( 102) 的 競(jìng) 爭(zhēng) 性 RNA轉(zhuǎn) 錄 本 同 時(shí) 進(jìn)行 PCR擴(kuò) 增 反 應(yīng) 。 由 于 設(shè) 計(jì) 時(shí) 競(jìng) 爭(zhēng) 子 具 有 與 目 的 基 因同 樣 的 反 應(yīng) 動(dòng) 力 學(xué) , 可 以 與 目 的 基 因 共 同 擴(kuò) 增 , 而且 在 每 個(gè) 反 應(yīng) 中 樣 品 和 競(jìng) 爭(zhēng) 子 PCR產(chǎn) 物 的 量 可 以 直 接比 較 。 競(jìng) 爭(zhēng) 子 獲 得 的 PCR產(chǎn) 物 的 強(qiáng) 度 與 來(lái) 自 于 內(nèi) 源RNA轉(zhuǎn) 錄 本 的 擴(kuò) 增 相 抑 制 , 同 等
11、強(qiáng) 度 代 表 RNA樣 品 中存 在 的 內(nèi) 源 信 息 。 下 一 頁(yè) 之 后 , 將 選 擇 出 的 拷 貝 數(shù) 2倍 梯 度 稀 釋 重 復(fù) 上述 過(guò) 程 , 以 便 在 數(shù) 據(jù) 上 得 到 更 高 的 分 辨 率 。 為 了 對(duì) 影 響 競(jìng) 爭(zhēng) 子 和 外 源 轉(zhuǎn) 錄 本 的 反 轉(zhuǎn) 錄 效 率的 變 量 進(jìn) 行 控 制 , 要 做 一 個(gè) 最 終 的 RT-PCR實(shí) 驗(yàn) , 在這 個(gè) 實(shí) 驗(yàn) 中 樣 品 RNA和 競(jìng) 爭(zhēng) 子 RNA在 同 一 個(gè) 管 中 被 反轉(zhuǎn) 錄 。 使 用 競(jìng) 爭(zhēng) 子 RNA的 量 要 接 近 于 在 初 始 RT-PCR實(shí)驗(yàn) 中 所 提 出 的 量 , 之
12、 后 進(jìn) 行 反 轉(zhuǎn) 錄 、 擴(kuò) 增 。 如 前 所述 , 與 內(nèi) 源 信 息 產(chǎn) 生 同 樣 信 號(hào) 強(qiáng) 度 的 競(jìng) 爭(zhēng) 子 RNA的 量代 表 了 樣 品 中 內(nèi) 源 信 息 的 量 。 返 回 實(shí) 時(shí) 定 量 PCR擴(kuò) 增 操 作v A: 流 程 :v 1 標(biāo) 準(zhǔn) 曲 線v 2 待 測(cè) cDNA 的 PCR 擴(kuò) 增v B: 軟 件 使 用v 1 打 開 電 腦v 2 開 啟 5700, 9600 的 電 源 v 3 打 開 SDS 軟 件 , v 4 選 擇 樣 品 ( 反 應(yīng) ) 類 型 和 取 名 下 一 頁(yè) v 5 設(shè) 置 引 物 /探 針v 6 給 標(biāo) 準(zhǔn) 樣 品 設(shè) 值v 7
13、編 輯 熱 學(xué) 過(guò) 程v 8 保 存 文 檔 ( Plate Setup) v 9 點(diǎn) 擊 “ Run” ,real time PCR 整 套 設(shè) 備 開 始 自 動(dòng) 運(yùn) 行 。 v 10 查 看 結(jié) 果 , 簡(jiǎn) 單 分 析v C: 數(shù) 據(jù) 處 理v 1 根 據(jù) 標(biāo) 準(zhǔn) 曲 線 得 到 待 測(cè) cDNA 中 各 種 基 因 ( 模 板 )的 原 始 數(shù) 量v 2 用 Ct 比 較 法 來(lái) 測(cè) 算 轉(zhuǎn) 錄 水 平 差 異 。 返 回 異 硫 氰 酸 胍 /氯 化 銫 超 速 離 心 法 制 備 RNA 原 理 : 異 硫 氰 酸 胍 是 一 類 有 效 解 偶 劑 , 當(dāng) 細(xì) 胞 被 它溶 解
14、后 , 蛋 白 質(zhì) 二 級(jí) 結(jié) 構(gòu) 消 失 , 細(xì) 胞 結(jié) 構(gòu) 降解 , 核 蛋 白 迅 速 與 核 酸 解 離 。 在 4mol/L異 硫氰 酸 胍 和 -巰 基 乙 醇 存 在 下 , RNA酶 失 活 ,可 提 取 完 整 的 總 RNA. 使 用 Trizol純 化 RNA 原 理 : Trizol是 一 種 新 型 總 RNA抽 提 試 劑 , 內(nèi) 含異 硫 氰 酸 胍 等 物 質(zhì) , 能 迅 速 破 碎 細(xì) 胞 , 抑 制細(xì) 胞 釋 放 出 的 核 酸 酶 。 Trizol適 用 于 從 各 種組 織 或 細(xì) 胞 中 快 速 分 離 總 RNA。 熱 酚 法 原 理 : 交 替 使
15、 用 酚 、 氯 仿 兩 種 不 同 的 蛋 白 變 性劑 以 增 大 去 除 蛋 白 質(zhì) 的 效 果 。 酚 雖 然 為 有 效的 蛋 白 質(zhì) 變 性 劑 , 但 不 能 完 全 抑 制 RNase活 性 ,而 且 酚 能 溶 解 10-15%的 水 , 從 而 溶 解 部 分poly(A) RNA。 為 此 , 混 合 使 用 酚 和 氯 仿 , 對(duì)于 RNA提 取 更 加 重 要 。 三 條 基 本 原 則v引 物 與 模 板 的 序 列 要 緊 密 互 補(bǔ)v引 物 與 引 物 之 間 避 免 形 成 穩(wěn) 定 的 二 聚 體 或 發(fā)夾 結(jié) 構(gòu)v引 物 不 能 在 模 板 的 非 目 的
16、位 點(diǎn) 引 發(fā) DNA 聚 合反 應(yīng) (即 錯(cuò) 配 )。 引 物 濃 度 要 求 一 般 PCR反 應(yīng) 中 的 引 物 終 濃 度 為 0.2-1.0 mol/L。 引物 過(guò) 多 會(huì) 產(chǎn) 生 錯(cuò) 誤 引 導(dǎo) 或 產(chǎn) 生 引 物 二 聚 體 , 過(guò) 低 則降 低 產(chǎn) 量 。 利 用 紫 外 分 光 光 度 計(jì) , 可 精 確 計(jì) 算 引 物濃 度 , 在 1cm光 程 比 色 杯 中 ,260nm下 ,引 物 濃 度 可 按下 式 計(jì) 算 : OD260 X mol/L A(16000)+C(70000)+G(12000)+T(9600) X: 引 物 摩 爾 濃 度 A、 C、 G、 T: 引
17、 物 中 4種 不 同 堿 基 個(gè) 數(shù) 。 定 量 PCR的 原 理 定 量 PCR是 指 以 一 種 標(biāo) 準(zhǔn) 作 對(duì) 照 , 通 過(guò) 對(duì)PCR終 產(chǎn) 物 的 分 析 或 PCR過(guò) 程 的 監(jiān) 測(cè) , 對(duì) PCR起始 模 板 量 進(jìn) 行 定 量 的 技 術(shù) 。 定 量 PCR旨 在 評(píng) 估樣 本 中 靶 基 因 的 分 子 數(shù) 。 用 PCR對(duì) 靶 基 因 定 量 ,是 根 據(jù) 一 定 循 環(huán) 次 數(shù) 后 , PCR產(chǎn) 物 的 量 來(lái) 推 斷樣 品 中 原 始 模 板 的 量 。 這 種 定 量 可 以 是 絕 對(duì)的 , 也 可 以 是 相 對(duì) 的 。 RT- PCR 原 理 與 聚 合 酶
18、鏈 反 應(yīng) 偶 聯(lián) 的 反 轉(zhuǎn) 錄 ( RT-PCR)可 以 擴(kuò) 增 細(xì) 胞 內(nèi) RNA用 于 分 析 基 因 表 達(dá) 。 該 程序 是 以 RNA轉(zhuǎn) 錄 本 為 模 板 , 使 用 逆 轉(zhuǎn) 錄 病 毒 的逆 轉(zhuǎn) 錄 酶 擴(kuò) 增 其 互 補(bǔ) 的 DNA(cDNA), 然 后 通 過(guò)熱 穩(wěn) 定 的 DNA聚 合 酶 擴(kuò) 增 cDNA 。 利 用 這 種 方法 , 使 用 少 量 的 起 始 模 板 ( 如 少 至 10-100個(gè)拷 貝 的 RNA轉(zhuǎn) 錄 本 ) , 就 可 以 檢 測(cè) 到 基 因 的 表達(dá) 。 相 對(duì) RT-PCR原 理 為 了 對(duì) RT-PCR進(jìn) 行 定 量 , 在 相 對(duì) R
19、T-PCR中 目 的 轉(zhuǎn) 錄 本 產(chǎn) 物 的 量 要 與 內(nèi) 對(duì) 照 相 比 較 。相 對(duì) RT-PCR的 結(jié) 果 被 表 示 成 是 對(duì) 照 品 的 幾 倍或 百 分 之 幾 , 因 此 是 半 定 量 結(jié) 果 。 為 了 使 相對(duì) 定 量 RT-PCR有 意 義 , 必 須 在 指 數(shù) 擴(kuò) 增 階 段對(duì) PCR產(chǎn) 物 進(jìn) 行 測(cè) 量 。 為 了 使 樣 品 間 的 相 對(duì) 變化 規(guī) 范 化 , 使 用 了 內(nèi) 標(biāo) ( 如 -肌 動(dòng) 蛋 白 、 三磷 酸 甘 油 醛 脫 氫 酶 即 GADPH、 18SrRNA) 。 競(jìng) 爭(zhēng) 性 RT-PCR 原 理 競(jìng) 爭(zhēng) RT-PCR的 結(jié) 果 以 轉(zhuǎn)
20、錄 本 的 拷 貝 數(shù) 或量 來(lái) 表 示 , 因 此 是 絕 對(duì) 量 。 競(jìng) 爭(zhēng) 性 RT-PCR要求 使 用 人 工 合 成 的 轉(zhuǎn) 錄 本 或 競(jìng) 爭(zhēng) 子 作 為 外 源對(duì) 照 。 設(shè) 計(jì) 競(jìng) 爭(zhēng) 子 時(shí) 要 與 內(nèi) 源 轉(zhuǎn) 錄 本 具 有 同樣 的 反 應(yīng) 動(dòng) 力 學(xué) , 并 且 逐 漸 增 加 量 的 滴 加 進(jìn)重 復(fù) 的 RNA樣 品 中 從 而 產(chǎn) 生 標(biāo) 準(zhǔn) 的 動(dòng) 力 學(xué) 曲 線 。應(yīng) 用 這 種 方 法 , 來(lái) 自 樣 品 和 競(jìng) 爭(zhēng) 子 的 PCR產(chǎn) 物量 可 以 直 接 對(duì) 比 。 實(shí) 時(shí) 定 量 PCR 實(shí) 時(shí) 檢 測(cè) 法 在 PCR反 應(yīng) 體 系 中 加 入 熒 光
21、基 團(tuán) ,利 用 其 就 是 在 PCR擴(kuò) 增 的 每 一 個(gè) 循 環(huán) 后 分 別 檢 測(cè) 其PCR產(chǎn) 量 , 借 助 計(jì) 算 機(jī) 數(shù) 據(jù) 處 理 , 可 以 描 繪 出 PCR擴(kuò)增 循 環(huán) 過(guò) 程 中 PCR產(chǎn) 物 變 化 曲 線 。 根 據(jù) PCR 變 化 曲 線計(jì) 算 出 未 標(biāo) 靶 基 因 分 子 數(shù) 。 為 了 實(shí) 現(xiàn) 單 管 內(nèi) 進(jìn) 行 實(shí)時(shí) 檢 測(cè) 的 目 的 , 就 必 須 使 探 針 上 標(biāo) 記 物 ( 指 示 物 )在 雜 交 或 游 離 狀 態(tài) 存 在 發(fā) 光 強(qiáng) 度 差 異 , 從 而 達(dá) 到 實(shí)時(shí) 定 量 檢 測(cè) 的 目 的 。 PCR的 工 作 原 理 PCR的 基
22、 本 工 作 原 理 是 以 擬 擴(kuò) 增 的 DNA分 子為 模 板 , 以 一 對(duì) 分 別 與 模 板 5 末 端 和 3 末端 相 互 補(bǔ) 的 寡 核 苷 酸 片 段 為 引 物 , 在 DNA聚 合酶 的 作 用 下 , 按 照 半 保 留 復(fù) 制 的 機(jī) 制 沿 著 模板 鏈 延 伸 至 完 成 新 的 DNA合 成 , 重 復(fù) 這 一 過(guò) 程 ,即 可 使 目 的 DNA片 段 得 到 擴(kuò) 增 。 組 成 PCR反 應(yīng)體 系 的 基 本 成 分 包 括 : 模 板 DNA、 特 異 性 引 物 、DNA聚 合 酶 、 dNTP以 及 含 有 Mg2+的 緩 沖 液 。 PCR的 基
23、本 反 應(yīng) 步 驟 1) 變 性 , 將 反 應(yīng) 系 統(tǒng) 加 熱 至 95 , 使 模 板 DNA完 全 變 性 成 為 單 鏈 , 同 時(shí) 引 物 自 身 和 引 物之 間 存 在 的 局 部 雙 鏈 也 得 以 消 除 ; 2) 退 火 , 將 溫 度 下 降 至 適 宜 溫 度 ( 一 般 較 Tm低 5 ) 使 引 物 與 模 板 DNA退 火 結(jié) 合 ; 3) 延 伸 , 將 溫 度 升 至 72 , DNA聚 合 酶 以dNTP為 底 物 催 化 DNA的 合 成 反 應(yīng) 。 上 述 三 個(gè) 步驟 稱 為 一 個(gè) 循 環(huán) , 新 合 成 的 DNA分 子 繼 續(xù) 作 為下 一 輪
24、合 成 的 模 板 , 經(jīng) 過(guò) 多 次 循 環(huán) ( 25-30次 )即 可 達(dá) 到 擴(kuò) 增 DNA片 段 的 目 的 PCR的 用 處 目 的 基 因 的 克 隆 基 因 的 體 外 突 變 DNA的 微 量 分 析 解 鏈 溫 度vTm:解 鏈 溫 度 , 又 稱 為 融 解 溫 度 。 DNA的 變 性從 開 始 解 鏈 到 完 全 解 鏈 , 是 在 一 個(gè) 相 當(dāng) 窄 的溫 度 內(nèi) 完 成 的 , 在 這 一 范 圍 內(nèi) , 紫 外 光 吸 收值 達(dá) 到 最 大 值 的 50%時(shí) 的 溫 度 稱 為 DNA的 解 鏈溫 度 。vTm值 可 以 根 據(jù) G+C的 含 量 計(jì) 算 , 計(jì) 算 公 式 為 :Tm=69.3+0.41%( G+C) ,小 于 20bp的 寡 核 苷 酸的 Tm值 的 計(jì) 算 公 式 為 :Tm=4(G+C)+2(A+T)
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