聚合酶链锁反应，Polymerase chain reaction，简称PCR，是一种分子生物学技术，用于扩增特定的DNA片段，这种方法可在生物体外进行，不必依赖大肠杆菌或酵母菌等生物体。PCR这项技术，被广泛地运用在医学和生物学的实验室，例如用于判断检体中是否会表现某遗传疾病的图谱、传染病的诊断、基因复制，以及亲子鉴定。

    PCR这项技术是由凯利·穆利斯(Kary Mullis)发明，并因此在七年之后，1993年10月，获得了诺贝尔化学奖该项殊荣。穆利斯的想法是，利用一种人工方法，和反复相同程序的方法，并利用一种特殊的酶——即DNA聚合酶来扩增特定的DNA片段。

    DNA聚合酶天然存在于生物体内，在细胞分裂前进行DNA的复制。当DNA开始复制时，解旋酶将双股的DNA分开成两个单股。DNA聚合酶便结合在两DNA单股链上，生成互补链。在穆利斯初的PCR反应中，将DNA聚合酶用于体外试验。双链DNA被加热到96℃，使得双链分离成为两条单链。但是在这个温度下，DNA聚合酶被破坏，因此在每个循环的加热步骤后必须补充新的聚合酶。穆利斯的原始PCR反应效率极低，需要大量时间和DNA聚合酶，并且在整个PCR反应中都需要人来照看。

    后来，由嗜热细菌水生栖热菌(Thermus aquaticus)体内产生的DNA聚合酶改善了这种低效的PCR反应。由于嗜热细菌生活在温度达到50至80 °C (122至176 °F)的间歇泉中，它的DNA聚合酶具有耐热性。在用于PCR反应时，高温并不能破坏这种DNA聚合酶，因此不需要不断加入新的聚合酶，PCR反应由此变得简单并且可以由机器操作。

    初的具有耐热性的DNA聚合酶来自于水生栖热菌(Thermus aquaticus)，因此被称为Taq。Taq酶被广泛用于当前的PCR操作中。Taq酶的缺点是它缺少3'->5'校正外切酶活性，因此在复制DNA时有时会出错，造成DNA序列突变(错误)。从古菌中获得的Pwo酶及Pfu酶均有校正机制，能够大大降低PCR反应中的突变。将Taq与Pfu结合使用可以保证真实准确得扩增DNA。

    PCR用于扩增一小段已知的DNA片断，可能是单个基因，或者仅仅是某个基因的一部分。与活体生物不同的是，PCR只能复制很短的DNA片断，通常不10kbp。DNA是双链分子，因此用互补DNA双链的构造单位(核苷酸)来度量其大小，单位为碱基对（base pair, bp）。某些特定的方法可以扩增40kbp左右的片断，但是这种大小与真核细胞的染色体DNA相比仍然是很少的。例如，人的体细胞DNA含有大约30亿个碱基对。 目前应用的PCR反应需要几个基本组成：

    DNA模板（template），含有需要扩增的DNA片断。

    2个引物（primer），决定了需要扩增的起始和终止位置。（见下面引物一节）

    DNA聚合酶（polymerase），复制需要扩增的区域。

    脱氧单核苷酸（dNTP），用于构造新的互补链。

    缓冲体系，提供适合聚合酶行使功能的化学环境。

    PCR反应在热循环设备中进行。PCR仪可以将反应管加热或冷却到每步反应所需的的温度。为防止反应体系中液体产生蒸气，通常在反应管上加盖加热的盖子(比加热板温度来的高)，或者在反应体系表面加入一层石蜡油。

    一般的PCR反应由20到35个循环组成，每个循环包括以下3个步骤:

    利用高温(93-98℃)使双链DNA分离(熔解)。高温将连接两条DNA链的氢键打断。在第一个循环之前，通常加热长一些时间以确保模板和引物完全分离，仅以单链形式存在。该步骤时间1-2分钟。

    在DNA双链分离后，降低温度使得引物可以结合于单链DNA上(降温或称接合)。此阶段的温度通常低于引子熔点5℃。错误的黏合温度可能导致引物不与模板结合或者错误地结合。该步骤时间1-2分钟。新技术的融合型核酸聚合酶在此阶段的温度会高于熔点3~5℃，仅需时间5~10秒。

    最后，DNA聚合酶由降温时结合上的引子开始沿着DNA链合成互补链(延长)。此阶段的温度依赖于DNA聚合酶。该步骤时间依赖于聚合酶以及需要合成的DNA片断长度。传统的Taq估计合成1000bp大概需要1分钟、较新的Tbr(来自于嗜热菌Thermus brockianus)约40秒、融合型聚合酶仅约15秒。

    基因图谱建立

    亲子鉴定

    侦测遗传疾病

    克隆基因

    基因突变研究

    DNA遗传演化

    基因表现比较