PCR引物设计要点

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PCR引物设计要点
1. 书写规则
设计引物时,5’端引物与目的序列正义链相同,而3’端引物则与目的序列正义链互补,书写时从引物的5’端至3’端(即5’端引物不变,3’端引物与目的序列互补并相反);
2. 引物长度
一般引物长度为18~30碱基(不包括5’端添加的修饰),引物太长和太短都不好;
3. GC含量
一般引物序列中G+C含量一般为40%~60%,不要有聚嘧啶或聚嘌呤,尤其3’端不应超过3个连续的G或C。

若是引物存在严重的GC倾向或AT倾向则可以在引物5’端加适量的A、T或G、C尾巴,上下游引物的GC含量不能相差太大;
4. 退火温度
可以用软件PrimePrimer来计算退火温度,在引物短于20bp时,可以用公式Tm=4(G+C)+2(A+T)-5估计Tm值(解链温度),有效引物的Tm为55~65℃之间较好,如果待扩增基因的GC含量较高(超过50%),引物的退火温度可设计得高一点,例如接近65℃,因为提高退火温度可以降低非特异性扩增。

一对引物的退火温度应尽量接近,相差范围应在5℃之内;
一般初次PCR使用的退火温度比计算出的解链温度低5℃,如果扩不出,可试着将退火温度降低5℃和升高5℃再试一下,但一般不要1℃1℃升,或1℃1℃降,因为这样效果不大;
5. 避免与靶DNA的错配
引物要具有特异性,与非特异扩增序列的同源性不应超过70%或有连续8个互补碱基同源,可针对基因组BLAST检测,看是否能错配到其它非特异顺序上;6. 避免引物及模版的二级结构区域
引物自身避免有连续4个碱基的互补,若不能避开这一区域时,可尝试7-deaza-2’-脱氧GTP取代dGTP。

若有可能,也应尽量避免扩增含稳定二级结构的目的片段(可用软件估计,一般待扩区域自由能△G小于58.6lkJ/mol时,扩增往往不能成功);
7. 避免引物二聚体
引物之间避免有连续4个碱基的互补以免形成二聚体,尤应避免3’端的互补重叠;
8. 引物3’端
1) 3’端不应超过3个连续的G或C,以免使引物在G+C富集序列区错误引发;
2) 除在特殊的PCR(AS-PCR)反应中,引物3’端不能发生错配;
3) 如扩增编码区域,引物3’端不要终止于密码子的第3位,因密码子的第3位
易发生简并,会影响扩增特异性与效率;
4) 避免在引物的3’端使用碱基A,以免增加使用Taq酶时的错配效率;
5)如果片断连入表达载体或转基因载体,基因后面带有其它tag,如His tag,或Fast tag, GFP, GUS 等,注意设计引物时一定要去掉基因的stop codon,否则tag 就没有了;但如果这些tag是在基因之前,则注意去掉基因的start codon,因为此时基因跟在tag之后,用的是载体上tag的start codon。

注意无论是前面融合还是后面融合tag,千万要反复校对所设计的引物,务必使扩出的顺序酶切连入终载体后前后顺序的读码框正确,否则翻译出来的蛋白可能完全错误。

9. 引物5’端
1) 引物5’端可进行修饰,包括:引入酶切位点、蛋白质结合DNA序列、突变位点、插入与缺失突变序列和启动子序列,标记生物素、荧光、地高辛、Eu3+等;
2) 引入5’端修饰可能引起读码框移位,可在修饰寡核苷酸和与目的序列互补的寡核苷酸间加入1或2个碱基确保读码框正确;
10. 其他
1) 引入酶切位点
如果PCR产物要直接酶切后连入终载体,为了能完全酶切,所引入的酶切位点顺序的5’端需要加2~3个保护碱基,不同的酶需要的保护碱基数目不同,可查阅NEB的catalogue或实验室的Lab protocol folder;如果PCR产物欲先连入中间载体例如PCR-Blunt或T-vector 中然后再连入终载体,则酶切位点的5’端无需加保护碱基;
2) 特殊的粘性末端
LIC法、TA克隆、In-Fusion克隆等为特殊载体而发明的克隆方法往往要求插入片段带有特定粘性末端,设计时须注意;
3) 在原核表达设计引物时还有一些小技巧可参考《原核表达之实验前的分析》,而其中一些规则是所有表达都通用的。