实验原理
核酸分子杂交技术是分子生物学领域中最常用的具体方法之一。其基本原理是：具有一定同源性的两条核酸单链在一定的条件下，可按碱基互补的原则形成双链，此杂交过程是高度特异的。由于核酸分子的高度特异性及检测方法的灵敏性，综合凝胶电泳和核酸内切限制酶分析的结果，便可绘制出DNA分子的限制图谱。但为了进一步构建出DNA分子的遗传图，或进行目的基因序列的测定以满足基因克隆的特殊要求，还必须掌握DNA分子中基因编码区的大小和位置。有关这类数据资料可应用Southern印迹杂交技术获得。
Southern
印迹杂交技术包括两个主要过程：一是将待测定核酸分子通过一定的方法转移并结合到一定的固相支持物（硝酸纤维素膜或尼龙膜）上，即印迹（blotting）;二是固定于膜上的核酸同位素标记的探针在一定的温度和离子强度下退火，即分子杂交过程。该技术是1975年英国爱丁堡大学的
E.M.Southern首创的，Southern印迹杂交故因此而得名。
早期的Southern印迹是将凝胶中的DNA变性后，经毛细管的虹吸作用，转移到硝酸纤维膜上。近年来印迹方法和固定支持滤膜都有了很大的改进，印迹方法如电转法、真空转移法；滤膜则发展了尼龙膜、化学活化膜（如APT、
ABM纤维素膜）等。利用Southern印迹法可进行克隆基因的酶切、图谱分析、基因组中某一基因的定性及定量分析、基因突变分析及限制性片断长度多态性分析（RFLP）等。
实验方法
以哺乳动物基因组DNA为例，介绍Southern印迹杂交的基本步骤。
一、 待测核酸样品的制备
（一） 制备待测DNA
基因组DNA是从动物组织（或）细胞制备。1. 采用适当的化学试剂裂解细胞，或者用组织匀浆器研磨破碎组织中的细胞；2. 用蛋白酶和RNA酶消化大部分蛋白质和RNA；3. 用有机试剂（酚/氯仿）抽提方法去除蛋白质。
（二） DNA限制酶消化
基因组DNA
很长，需要将其切割成大小不同的片段之后才能用于杂交分析，通常用限制酶消化DNA。一般选择一种限制酶来切割DNA分子，但有时为了某些特殊的目的，分别用不同的限制酶消化基因组DNA。切割DNA的条件可根据不同目的设定，有时可采用部分和充分消化相结合的方法获得一些具有交叉顺序的DNA片段。
消化DNA 后，加入EDTA，65℃加热灭活限制酶,样品即可直接进行电泳分离，必要时可进行乙醇沉淀，浓缩DNA样品后再进行电泳分离。
二、 琼脂糖凝胶电泳分离待测DNA样品
（一） 基本原理
Southern印迹杂交是先将DNA样品(含不同大小的DNA 片段)先按片断长短进行分离，然后进行杂交。这样可确定杂交靶分子的大小。因此，制备DNA样品后需要进行电泳分离。
在恒定电压下，将DNA样品放在0.8～1.0%琼脂糖凝胶中进行电泳，标准的琼脂糖凝胶电泳可分辨70－80000bp的DNA片段，故可对DNA片段进行分离。但需要用不同的胶浓度来分辨这个范围内的不同的DNA片段。原则是分辨大片断的DNA需要用浓度较低的胶，分辨小片段DNA则需要浓度较高的胶。
琼脂糖凝胶是由琼脂糖形成的网状物质，具有分子筛作用。在相应的电泳缓冲液中，DNA在电场的作用下由负极向正极泳动，分子越大，泳动速度越慢；反之，分子小则泳动速度快，而大小相同的分子则泳动速度相同。因此在恒定的电场下，经过一段时间电泳后，DNA按分子大小在凝胶中形成许多条带，大小相同的分子处于同一条带。另外为了便于测定待测DNA分子量的大小，往往同时在样品邻近的泳道中加入已知分子量的DNA样品即标准分子量DNA
（DNA marker）进行电泳。DNA marker可以用放射性核素进行末端标记，通过这种方式，杂交后的标准分子量DNA也能显影出条带。
在制备凝胶和电泳过程中需要注意的几个问题是：第一、尽可能在使用之前配制新鲜凝胶；第二、如果使用的胶比较薄，铺胶后1h内使用；第三、胶中不要含有EB，否则会引起非特异性背景；第四、电泳结束后用1μg/ml的EB染色，然后用水脱色（如果胶里含的是RNA，则使用无RNA酶的水），以保证核酸的完整性。
（二） 基本步骤
1. 制备琼脂糖凝胶，尽可能薄。
DNA样品与上样缓冲液混匀，上样。推荐使用的靶基因的上样量见下表：
表4－1 不同条件下上样本的使用指针比较表
一般而言，对地戈辛杂交系统，所需DNA样品的浓度较低，每道加2.5-5μg人类基因组DNA；如果基因组比人类DNA更复杂（如植物DNA）则上样量可达10μg；每道上质粒DNA<1ng。
2. 分子质量标志物（DIG标记）上样。
3. 电泳，使DNA条带很好的分离。
4. 评价靶DNA的质量。在电泳结束后，0.25-0.50μg/mlEB染色15-30min，紫外灯下观察凝胶。
三、电泳凝胶预处理
（一） 原理
DNA样品在制备和电泳过程中始终保持双链结构。为了进行有效地实现Southern印迹转移，对电泳凝胶做预处理十分必要。分子量超过10kb的较大的DNA片段与较短的小分子量DNA
相比，需要更长的转移时间。所以为了使DNA片段在合理的时间内从凝胶中移动出来，必须将最长的DNA片段控制在大约2kb以下。DNA的大片段必须被打成缺口以缩短其长度。因此，通常是将电泳凝胶浸泡在0.25mol/L
的HCl溶液短暂的脱嘌呤处理之后，移至于碱性溶液中浸泡，使DNA变形并断裂形成较短的单链DNA片段，再用中性PH的缓冲液中和凝胶中的缓冲液。这样，DNA片段经过碱变性作用，亦会使之保持单链状态而易于同探针分子发生杂交作用。
（二） 基本步骤
1. 如果靶序列>5kb，则需进行脱嘌呤处理。
(1) 把凝胶浸在0.25mol/LHCl中，室温轻轻晃动，直到溴酚蓝从蓝变黄。
注意：处理人类基因组DNA≤10分钟；处理植物基因组DNA≤20分钟。
(2) 把凝胶浸在灭菌双蒸水中
2. 如果靶序列<5kb，则直接进行下面的步骤
(1) 把凝胶浸在变性液（0.5mol/LNaOH，1.5mol/LNaCl）中，室温2×15分钟，轻轻晃动。
(2) 把凝胶浸在灭菌双蒸水中
(3) 把凝胶浸在中和液中（0.5mol/L Tris-HCl，Ph7.5，1.5mol/L NaCl），室温2×15分钟。
(4) 在20×SSC中平衡凝胶至少10分钟。
四、转膜
即将凝胶中的单链DNA片段转移到固相支持物上。而此过程最重要的是保持各DNA片段的相对位置不变。DNA是沿与凝胶平面垂直的方向移出并转移到膜上，因此，凝胶中的DNA片段虽然在碱变性过程已经变性成单链并已断裂，转移后各个DNA片段在膜上的相对位置与在凝胶中的相对位置仍然一样，故而称为印迹（blotting）。
用于转膜的固相支持物有多种，包括硝酸纤维素膜（NC膜）、尼龙（Nylon）膜、化学活化膜和滤纸等，转膜时可根据不同需要选择不同的固相支持物用于杂交。其中常用的是NC膜和Nylon膜。各种膜的性能和使用情况比较见下表：
表4－2 各种尼龙膜性能及使用情况比较表。