PCR引物設計，應該注意哪些問(wèn)題？

PCR作為分子生物學(xué)中常用的技術(shù)之一，目的是通過(guò)引物的作用擴增DNA序列。那PCR引物設計的時(shí)候，應該注意哪些問(wèn)題呢？

一、引物設計區域：最好在模板cDNA的保守區內

DNA序列的保守區是通過(guò)物種間相似序列的比較確定的。在NCBI上搜索不同物種的同一基因，通過(guò)序列分析軟件(比如DNAman)比對(Alignment),各基因相同的序列就是該基因的保守區。

二、引物設計長(cháng)度：15~30bp最you

引物長(cháng)度(primer length)常用的是18~27 bp,但不應大于38,因為過(guò)長(cháng)會(huì )導致其延伸溫度大于74℃,不適于Taq DNA聚合酶進(jìn)行反應。

三、引物GC含量：40%~60%，Tm值≈72℃。

GC含量(composition)過(guò)高或過(guò)低都不利于引發(fā)反應。上下游引物的GC含量不能相差太大。另外，上下游引物的Tm值(melting temperature)是寡核苷酸的解鏈溫度，即在一定鹽濃度條件下，50%寡核苷酸雙鏈解鏈的溫度。有效啟動(dòng)溫度，一般高于Tm值5~10℃。若按公式Tm=4(G+C)+2(A+T)估計引物的Tm值，則有效引物的Tm為55~80℃,其Tm值最好接近72℃以使復性條件最佳。

四、引物3'端：避開(kāi)密碼子的第3位

如擴增編碼區域，引物3'端不要終止于密碼子的第3位，因密碼子的第3位易發(fā)生簡(jiǎn)并，會(huì )影響擴增的特異性與效率。

五、引物3'端：不能選擇A,最好選擇T

引物3′端錯配時(shí)，不同堿基引發(fā)效率存在著(zhù)很大的差異，當末位的堿基為A時(shí)，即使在錯配的情況下，也能有引發(fā)鏈的合成，而當末位鏈為T(mén)時(shí)，錯配的引發(fā)效率大大降低，G、C錯配的引發(fā)效率介于A(yíng)、T之間，所以3'端最好選擇T。

六、堿基分布：隨機分布

引物序列在模板內應當沒(méi)有相似性較高，尤其是3′端相似性較高的序列，否則容易導致錯誤引發(fā)(False priming)。降低引物與模板相似性的一種方法是，引物中四種堿基的分布最好是隨機的，不要有聚嘌呤或聚嘧啶的存在。尤其3'端不應超過(guò)3個(gè)連續的G或C,因這樣會(huì )使引物在GC富集序列區錯誤引發(fā)。

七、引物自身及引物之間不應存在互補序列

引物自身不應存在互補序列，否則引物自身會(huì )折疊成發(fā)夾結構(Hairpin)使引物本身復性。這種二級結構會(huì )因空間位阻而影響引物與模板的復性結合。引物自身不能有連續4個(gè)堿基的互補。兩引物之間也不應具有互補性，尤其應避免3'端的互補重疊以防止引物二聚體(Dimer與Cross dimer)的形成。引物之間不能有連續4個(gè)堿基的互補。引物二聚體及發(fā)夾結構如果不可避免的話(huà)，應盡量使其△G值不要過(guò)高(應小于4.5kcal/mol)。否則易導致產(chǎn)生引物二聚體帶，并且降低引物有效濃度而使PCR反應不能正常進(jìn)行。

八、引物5'端和中間△G值應該相對較高，而3'端△G值較低

△G值是指DNA雙鏈形成所需的自由能，它反映了雙鏈結構內部堿基對的相對穩定性，△G值越大，則雙鏈越穩定。應當選用5'端和中間△G值相對較高，而3'端△G值較低(絕對值不超過(guò)9)的引物。引物3'端的AG值過(guò)高，容易在錯配位點(diǎn)形成雙鏈結構并引發(fā)DNA聚合反應。  (不同位置的△G值可以用Oligo 6軟件進(jìn)行分析)

九、引物的5'端可以修飾，而3'端不可修飾

引物的5'端決定著(zhù)PCR產(chǎn)物的長(cháng)度，它對擴增特異性影響不大。因此，可以被修飾而不影響擴增的特異性。引物5'端修飾包括：加酶切位點(diǎn)；標記生物素、熒光、地gao辛、Eu3+等；引入蛋白質(zhì)結合DNA序列；引入點(diǎn)突變、插入突變、缺失突變序列；引入啟動(dòng)子序列等。引物的延伸是從3'端開(kāi)始的，不能進(jìn)行任何修飾。3'端也不能有形成任何二級結構可能。

十、擴增產(chǎn)物的單鏈不能形成二級結構

某些引物無(wú)效的主要原因是擴增產(chǎn)物單鏈二級結構的影響，選擇擴增片段時(shí)最好避開(kāi)二級結構區域。用有關(guān)軟件(比如RNAstructure)可以預測估計mRNA的穩定二級結構，有助于選擇模板。實(shí)驗表明，待擴區域自由能(△G°)小于58.6l kJ/mol時(shí)，擴增往往不能成功。若不能避開(kāi)這一區域時(shí)，用7-deaza-2'-脫氧GTP取代dGTP對擴增的成功是有幫助的。

十一、引物應具有特異性

引物設計完成以后，應對其進(jìn)行BLAST檢測。如果與其它基因不具有互補性，就可以進(jìn)行下一步的實(shí)驗了。

值得一提的是，各種模板的引物設計難度不一。有的模板本身條件比較困難，例如GC含量偏高或偏低，導致找不到各種指標都十分合適的引物；用作克隆目的的PCR,因為產(chǎn)物序列相對固定，引物設計的選擇自由度較低。在這種情況只能退而求其次，盡量去滿(mǎn)足條件。做Real Time時(shí)，用于SYBR Green I法時(shí)的一對引物與一般PCR的引物，在引物設計上所要求的參數是不同的。引物設計的要求：

(1)避免重復堿基，尤其是G。

(2) Tm=58-60度。

(3)GC=30-80%。

(4)3'端最后5個(gè)堿基內不能有多于2個(gè)的G或C。

(5)正向引物與探針離得越近越好，但不能重疊。

(6)PCR擴增產(chǎn)物長(cháng)度：引物的產(chǎn)物大小不要太大，一般在80-250bp之間都可；80～150 bp最為合適(可以延長(cháng)至300 bp)。

(7)引物的退火溫度要高，一般要在60度以上；要特別注意避免引物二聚體和非特異性擴增的存在。

而且引物設計時(shí)應該考慮到引物要有不受基因組DNA污染影響的能力，即引物應該跨外顯子，最好是引物能跨外顯子的接頭區，這樣可以更有效的不受基因組DNA污染的影響。

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