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1、PCR引物设计及相关软件使 用 主要内容 n背景 nPCR引物设计原则 n常用PCR引物设计软件 nPrimer Premier 5 0 介绍 nOligo 6 22 介绍 n在线Primer3 介绍 PCR 聚合酶链反应 Polymerase Chain Reaction PCR 是80年代中期发展起来的体外核酸扩 增技术 它具有特异 敏感 产率高 快 速 简便 重复性好 易自动化等突出优 点 能在一个试管内将所要研究的目的基 因或某一DNA片段于数小时内扩增至十万乃 至百万倍 使肉眼能直接观察和判断 可从 一根毛发 一滴血 甚至一个细胞中扩增 出足量的DNA供分析研究和检测鉴定 PCR引物
2、设计 n引物设计是PCR 技术中至关重要的一 环 使用不合适的PCR 引物容易导致 实验失败 表现为扩增出目的带之外 的多条带 如形成引物二聚体带 不出带或出带很弱 等等 现在PCR 引物设计大都通过计算机软件进行 可以直接提交模板序列到特定网页 得到设计好的引物 也可以在本地计 算机上运行引物设计专业软件 引物设计的原则 n引物与模板的序列要紧密互补 n引物与引物之间避免形成稳定的二聚 体或发夹结构 n引物不能在模板的非目的位点引发 DNA 聚合反应 即错配 n如引物长度 primer length 产物长度 product length 序列Tm 值 melting temperature
3、 引物与模板形成双链的内 部稳定性 internal stability 用 G 值 反映 形成引物二聚体 primer dimer 及 发夹结构 duplex formation and hairpin 的能值 在错配位点 false priming site 的引发效率 引物及产物 的GC 含量 composition 等等 必要 时还需对引物进行修饰 如增加限制性内 切酶位点 引进突变等 具体因素 一般原则 n引物的长度一般为15 30 bp 常用的是18 24 bp 但不应大于38 n引物过短又同时会引起错配现象 一般来说引物 长度大于16bp是必要的 不容易引起错配 n例如 一个长度
4、为12bp的引物在人类基因组上存 在200个潜在的退火位点 3 x 109 412 200 而一个 长度为20bp的引物在人基因组上存在的退火位点 只有1 400个 n较长的引物 28 35bp n一般是用来区分同源性较高的模板序列或者使用 于产生一些突变位点 nTm值的计算 n一般的公式 nTm 4 G C 2 A T n对于长一些的引物可用更为准确的 nnearest neighbor Frier et al 1986 一般原则 2 引物序列在模板内应当没有相似性 较高 尤其是3 端相似性较高的序 列 否则容易导致错配 引物3 端 出现3 个以上的连续碱基 如GGG 或 CCC 也会使错误
5、引发机率增加 一般原则 3 引物3 端的末位碱基对Taq 酶的 DNA 合成效率有较大的影响 不同的 末位碱基在错配位置导致不同的扩增 效率 末位碱基为A 的错配效率明显 高于其他3 个碱基 因此应当避免在 引物的3 端使用碱基A 另外 引物 二聚体或发夹结构也可能导致PCR 反 应失败 5 端序列对PCR 影响不太 大 因此常用来引进修饰位点或标记 物 一般原则 4 引物序列的GC 含量一般为40 60 过高或过低都不利于引发反应 上下 游引物的GC含量不能相差太大 不同的算法推荐45 55 或50 60 一般原则 5 G 值是指DNA 双链形成所需的自由 能 该值反映了双链结构内部碱基对
6、的相对稳定性 应当选用3 端 G 值 较低 绝对值不超过9 而5 端和 中间 G 值相对较高的引物 引物的 3 端的 G 值过高 容易在错配位点 形成双链结构并引发DNA 聚合反应 能值越高越容易结合 一般原则 6 对引物的修饰一般是在5 端增加酶 切位点 应根据下一步实验中要插入 PCR 产物的载体的相应序列而确定 一般原则 7 引物二级结构对PCR反应的影响 尽可能少的引物二聚体 常用的引物设计软件 nOligo 6 引物评价 nPrimer Premier 自动搜索 nVector NTI Suit nDnasis nOmiga nDnastar nPrimer3 在线服务 Primer
7、 Premier 5 0 的使 用技巧简介 主要功能 1 即引物设计 2 限制性内切酶位点分析 3 DNA 基元 motif 查找 4 同源性分析 简并引物设计 n根据氨基酸序列来设计引物DNA引物 Premier Primer 5提供了8种生物遗传 密码使用的偏好选择 1 纤毛虫大核 Ciliate Macronuclear 2 无脊椎动物线粒体 Invertebrate Mitochondrion 3 支原体 Mycoplasma 4 植物线粒体 Plant Mitochondrion 5 原生动物线粒体 Protozoan Mitochondrion 6 一般标准 Standard 7
8、脊椎动物线粒体 Vertebrate Mitochondrion 8 酵母线粒体 Yeast Mitochondrion Primer Premier 5 0使用介绍 1 Preimer Premier 启动界面 Load sequence 基本信息 Sequence name Original sequence Use these two button to translate the DNA seq to a protein seq or a protein seq to a DAN seq 8种密码子偏好 Choose a function 引物设计界面 First you can de
9、sign the primer manually Sense strand or anti sense strand Useful information of the primer 引物搜索选项设定 引物类型 搜索模式 5 引物位置范 围 3 引物位置范 围 产物大小范 围 引物长度 搜索结果 28对引物 引物分值 100分为满分 每对引物的信 息 双击选中一对 引物 引物信息 回到主窗口 引物及产物信息 是否出现 hairpin dimer false priming and cross dimer 一对理想的引物应当不存在任何一种上述结 构 因此最好的情况是最下面的分析栏没有 But 引
10、物编辑 引物编辑 Edit primer here Analysis the edit result Accept the edit result Return to the main window Some other useful function of PP5 Enzyme Melting temperature graph Per 25 mer GC graph Per 25 mer Stability Per 5 mer Oligo 6 44 使用说明 主要功能 专门的引物设计软件 Oligo 6 44 启动界面 Open sequence file 3个弹出窗口 Melting t
11、emperatureMelting temperature G Internal Stability Frq为邻近6至7 个碱基组成的亚单位在一个指定数据库文件 中的出现频率 该频率高则可增加错误引发的可能性 用Oligo 设计引物时的3个标准 nTm 值曲线以选取5 到3 的下降形 状有利于引物引发聚合反应 nFrq 曲线宜选用3 端Frq 值相对较 低的片段 n G 值在5 端和中间值比较高 而 在3 端相对低 选中引物 上游引物 下游引物 只是示意图 引物分析 n首先检查引物二聚体尤其是3 端二 聚体形成的可能性 引物分析 n二项检查是发夹结构 hairpin 与二聚体相同 发夹结构的能值越低 越好 引物分析 n第三项检查为GC 含量 以45 55 为 宜 n第四False priming 检查 引物分析 Key information of primer Hairpin Dimer and cross Dimer GC Total PCR information Final PCR information Search for primer using Oligo 6 44 Search primer Online primer3 service nhttp frodo wi mit edu
