引物設(shè)計(jì)原則及PP設(shè)計(jì)軟件

引物設(shè)計(jì)原則及PP設(shè)計(jì)軟件第一頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日引物（primers)引物是人工合成的兩段寡核苷酸序列，一個(gè)引物與感興趣區(qū)域一端的一條DNA模板鏈互補(bǔ)，另一個(gè)引物與感興趣區(qū)域另一端的另一條DNA模板鏈互補(bǔ)?！?’3’5’5’SenseprimerAntisenseprimer第二頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日PCR引物設(shè)計(jì)及相關(guān)軟件使用→←SenseprimerAntisenseprimer選擇模板序列保守區(qū)域第三頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日1、引物設(shè)計(jì)原則引物長(zhǎng)度堿基分布的均衡性Tm值引物二級(jí)結(jié)構(gòu)引物3’端引物5’端引物的內(nèi)部穩(wěn)定性自由能分布第四頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日引物長(zhǎng)度

一般引物的長(zhǎng)度為15-30bp，常用的長(zhǎng)度為18-21bp。過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短都不合適，為過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致其延伸溫度大于74℃，不適于TaqDNA聚合酶進(jìn)行反應(yīng)，長(zhǎng)度大于24核苷的引物并不意味著更高的特異性，而且比短序列雜交慢，從而降低了產(chǎn)量。引物過(guò)短會(huì)引起錯(cuò)配現(xiàn)象，一般來(lái)說(shuō)引物長(zhǎng)度大于16bp是必要的（18bp的序列在人類(lèi)基因組中只會(huì)出現(xiàn)一次）。決定引物退火溫度（Tm值）最重要的因素就是引物的長(zhǎng)度Tm=（g+C）*4+（a+T）*2第五頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日同一堿基連續(xù)出現(xiàn)不應(yīng)超過(guò)5個(gè)GC含量一般40-60%，以45-55％為宜GC含量太低導(dǎo)致引物Tm值較低，使用較低的退火溫度不利于提高PCR的特異性GC含量太高也易于引發(fā)非特異擴(kuò)增。堿基分布的均衡性有一些模板本身的GC含量偏低或偏高，導(dǎo)致引物的GC含量不能在上述范圍內(nèi)，這時(shí)應(yīng)盡量使上下游引物的GC含量以及Tm值保持接近（上下游引物的GC含量不能相差太大），以有利于退火溫度的選擇。第六頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日引物Tm值一般要求：55℃-65℃。應(yīng)盡可能保證上下游引物Tm值一致，一般差異控制在2℃以內(nèi)。（引物的退火溫度相差小于5℃一般不會(huì)影響PCR的產(chǎn)率，理想情況下一對(duì)引物的退火溫度是一樣的，可以在55℃～80℃間變化，有說(shuō)接近72℃為最佳）上下游引物Tm值與產(chǎn)物Tm值一般應(yīng)控制在20℃以內(nèi)。一般采用較低引物Tm值-5℃作為PCR退火溫度。一對(duì)引物的GC含量和Tm值應(yīng)該協(xié)調(diào)。若是引物存在嚴(yán)重的GC傾向或AT傾向則可以在引物5’端加適量的A、T或G、C尾巴。若G+C含量太低，可在5'端加上一些G或C，若G＋C含量太高，可在5'端加上一些A或T。第七頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日引物二級(jí)結(jié)構(gòu)引物二聚體（引物間不應(yīng)多于4個(gè)連續(xù)堿基的同源性或互補(bǔ)性

）盡可能避免兩個(gè)引物分子之間3’端有較多堿基互補(bǔ)發(fā)夾結(jié)構(gòu)（引物自身連續(xù)互補(bǔ)堿基不能大于3bp）尤其是要避免引物3’端形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，否則將嚴(yán)重影響DNA聚合酶的延伸。（兩項(xiàng)結(jié)構(gòu)的能值以不超過(guò)4.5為好，引物中間或5’端可適當(dāng)放寬）兩引物之間不應(yīng)該存在互補(bǔ)性，尤應(yīng)避免3′端的互補(bǔ)重疊以防引物二聚體的形成。一般情況下，一對(duì)引物間不應(yīng)多于4個(gè)連續(xù)堿基的同源性或互補(bǔ)性。第八頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日引物3’端引物的延伸從3’端開(kāi)始，因此3’端的幾個(gè)堿基與模板DNA均需嚴(yán)格配對(duì)，不能進(jìn)行任何修飾，否則不能進(jìn)行有效的延伸，甚至導(dǎo)致PCR擴(kuò)增完全失敗。引物3’端的堿基一般不用A（3’端堿基序列最好是G、C、CG、GC）。另外引物間3’端的互補(bǔ)、二聚體或發(fā)夾結(jié)構(gòu)也可能導(dǎo)致PCR反應(yīng)失敗。3’端的連續(xù)3個(gè)G或C，如GGG或CCC，會(huì)導(dǎo)致引物在G+C富集序列區(qū)錯(cuò)誤引發(fā)第九頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日引物5’端引物5’端可以有與模板DNA不配對(duì)堿基（對(duì)PCR影響不大），常在5’端引入修飾位點(diǎn)或標(biāo)記物。5’端加上限制性核酸內(nèi)切酶位點(diǎn)序列（酶切位點(diǎn)5’端加上適當(dāng)數(shù)量的保護(hù)堿基）。5’端的某一位點(diǎn)修改某個(gè)堿基，人為地在產(chǎn)物中引入該位點(diǎn)的點(diǎn)突變以作研究。5’端標(biāo)記放射性元素或非放射性物質(zhì)（如生物素、地高辛等）。雙酶切位點(diǎn)，有利于定向克隆，2-3個(gè)保護(hù)堿基，一般加CG。計(jì)算引物Tm值時(shí)并不包括這些序列，但是應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行互補(bǔ)性和內(nèi)部二級(jí)結(jié)構(gòu)的檢測(cè)。第十頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日引物的內(nèi)部穩(wěn)定性過(guò)去認(rèn)為，引物3’端應(yīng)牢牢結(jié)合在模板上才能有效地進(jìn)行延伸，故3’端最好為G或C?，F(xiàn)在的觀點(diǎn)認(rèn)為，引物的5’端應(yīng)是相對(duì)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而3’端在堿基配對(duì)的情況下最好為低穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)，即3’端盡可能選用A或T（有說(shuō)不適宜用A），少用G或C。若模板不很清楚，引物3’端最后一個(gè)堿基最好為T(mén)，其次是G或C，而不選A，國(guó)外資料表明，當(dāng)末位為T(mén)時(shí)，即使在錯(cuò)配的情況下也能引發(fā)鏈的合成，而末位為A時(shí)，錯(cuò)配時(shí)引發(fā)大大降低，G或C居中，可見(jiàn)，模板很清楚時(shí)選A可以提高特異性。第十一頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日自由能分布?G值是指DNA雙鏈形成所需的自由能，該值反映了雙鏈結(jié)構(gòu)內(nèi)部堿基對(duì)的相對(duì)穩(wěn)定性（結(jié)合的強(qiáng)弱程度）。一般情況下，引物的ΔG值最好呈正弦曲線形狀，即5’端和中間ΔG值較高，而3’端ΔG值相對(duì)較低，且不要超過(guò)9（絕對(duì)值，一般考慮末端5個(gè)堿基的ΔG。此值的大小對(duì)擴(kuò)增有較大的影響，負(fù)值大，則3’末端穩(wěn)定性高，擴(kuò)增效率更高，同時(shí)也更易于異位引發(fā)。因此在復(fù)雜模板的擴(kuò)增體系中，3’末端5聚體的ΔG應(yīng)大于-9.0kcal/mol），如此則有利于正確引發(fā)反應(yīng)而可防止錯(cuò)誤引發(fā)。引物的3’端的?G值過(guò)高，容易在錯(cuò)配位點(diǎn)形成雙鏈結(jié)構(gòu)并引發(fā)DNA聚合反應(yīng)。（能值越高越容易結(jié)合）3′末端雙鏈的ΔG是0～－2kcal/mol時(shí)，PCR產(chǎn)量幾乎達(dá)到百分之百，隨著其絕對(duì)值的增加產(chǎn)量逐漸下降，在－6時(shí)只有40%、到－8時(shí)少于20%、而－10時(shí)接近于0。第十二頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日引發(fā)效率（引物唯一性）選用的引物序列就應(yīng)當(dāng)是唯一的，即在模板中沒(méi)有重復(fù)序列好的設(shè)計(jì)工具會(huì)提供一個(gè)引物異位引發(fā)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，如Oligo6.0的falseprimingefficiency，即異位引發(fā)效率，這個(gè)值是由程序根據(jù)引物自身二級(jí)結(jié)構(gòu)的能量、錯(cuò)配的類(lèi)型、錯(cuò)配離3'末端的距離等因素綜合計(jì)算而得出，當(dāng)此值大于200時(shí)便很有可能引發(fā)擴(kuò)增。如所用工具無(wú)量化指標(biāo)，則可依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)引物與模板在非預(yù)期位置退火，超過(guò)70%的堿基能互補(bǔ)配對(duì)，或引物3’末端連續(xù)8個(gè)或以上堿基配對(duì)，則認(rèn)為有引發(fā)的可能。第十三頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日2、引物設(shè)計(jì)軟件Oligo6（引物評(píng)價(jià)）*PrimerPremier（自動(dòng)搜索）*VectorNTISuit（綜合分析）PrimerExpress(實(shí)時(shí)定量PCR引物和探針設(shè)計(jì))OmigaDnastarPrimer3（在線服務(wù)）*第十四頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日3、同源序列比較NCBI的BLAST;ExPASy的AlignmentGeneDoc3.2ClustalXVectorNTIOmiga，Bioxm，LaserGene，pcgene等第十五頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日引物同源性分析用Blast軟件進(jìn)行同源性比較盡可能選擇與非目的基因同源性小的序列作為引物選擇3’端與非目的基因不同源的序列作為引物選擇兩個(gè)引物3’端與同一非目的基因不同源的序列作為引物第十六頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日參數(shù)設(shè)置默認(rèn)引物長(zhǎng)度-默認(rèn)值為25引物對(duì)搜索最大值-默認(rèn)值為100核酸濃度-默認(rèn)值為250pM單價(jià)離子濃度-默認(rèn)值為50mM游離Mg2+離子濃度-默認(rèn)值為1.5mM評(píng)分參數(shù)Ratingparameters

評(píng)分參數(shù)窗口是用來(lái)設(shè)定二級(jí)結(jié)構(gòu)在引物評(píng)分中的權(quán)重系數(shù)二級(jí)結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定引物評(píng)分就會(huì)越低相對(duì)于在引物中間形成的二級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)3末端的二級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)PCR擴(kuò)增的影響會(huì)更大為了將這一效應(yīng)計(jì)算在內(nèi)軟件將3末端的二級(jí)結(jié)構(gòu)的自由能數(shù)值G減去1這一修正會(huì)使3末端的二級(jí)結(jié)構(gòu)顯得更加穩(wěn)定Primerpremier5.0使用介紹第十七頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日參數(shù)設(shè)置第十八頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日載入序列PreimerPremier啟動(dòng)界面Loadsequence第十九頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日粘貼序列窗口這一窗口使得一段核酸序列通過(guò)選擇以四種不同的方式粘貼上去（CTRL-V）第二十頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日基本信息SequencenameOriginalsequenceUsethesetwobuttontotranslatetheDNAseqtoaproteinseqoraproteinseqtoaDANseq8種密碼子偏好Chooseafunction第二十一頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日引物設(shè)計(jì)界面FirstyoucandesigntheprimermanuallySensestrandoranti-sensestrandUsefulin