Error-suppression mechanism of PCR by blocker strands

底漆(化妆品) 计算生物学 DNA 聚合酶链反应 基因分型 生物 遗传学 化学 基因 基因型 有机化学
作者
Hiroyuki Aoyanagi,Simone Pigolotti,Shinji Ono,Shoichi Toyabe
出处
期刊:Biophysical Journal [Elsevier BV]
卷期号:122 (7): 1334-1341 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.bpj.2023.02.028
摘要

The polymerase chain reaction (PCR) is a central technique in biotechnology. Its ability to amplify a specific target region of a DNA sequence has led to prominent applications, including virus tests, DNA sequencing, genotyping, and genome cloning. These applications rely on the specificity of the primer hybridization and therefore require effective suppression of hybridization errors. A simple and effective method to achieve that is to add blocker strands, also called clamps, to the PCR mixture. These strands bind to the unwanted target sequence, thereby blocking the primer mishybridization. Because of its simplicity, this method is applicable to a broad nucleic-acid-based biotechnology. However, the precise mechanism by which blocker strands suppress PCR errors remains to be understood, limiting the applicability of this technique. Here, we combine experiments and theoretical modeling to reveal this mechanism. We find that the blocker strands both energetically destabilize the mishybridized complex and sculpt a kinetic barrier to suppress mishybridization. This combination of energetic and kinetic biasing extends the viable range of annealing temperatures, which reduces design constraint of the primer sequence and extends the applicability of PCR.

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