文章來源：分子診斷實(shí)驗(yàn)室
作者：研發(fā)小智
PCR（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）引物設(shè)計(jì)是分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其質(zhì)量直接影響到PCR反應(yīng)的特異性和效率。以下是PCR引物設(shè)計(jì)的12條黃金法則，這些法則基于廣泛的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)原理，旨在幫助研究人員設(shè)計(jì)出高效、特異的PCR引物。
原則：引物最好在模板cDNA的保守區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)。DNA序列的保守區(qū)是通過物種間相似序列的比較確定的。解釋：保守區(qū)是基因序列中相對(duì)穩(wěn)定、不易發(fā)生變異的區(qū)域，選擇在保守區(qū)設(shè)計(jì)引物可以確保引物與目標(biāo)序列的特異性結(jié)合，減少非特異性擴(kuò)增的風(fēng)險(xiǎn)。原則：引物長(zhǎng)度一般在15~30堿基之間，常用的是18~27 bp，但不應(yīng)大于38 bp。解釋：引物長(zhǎng)度過短可能降低與模板DNA的特異性結(jié)合能力，而引物過長(zhǎng)則會(huì)導(dǎo)致其延伸溫度過高，不利于Taq DNA聚合酶進(jìn)行反應(yīng)。因此，選擇合適的引物長(zhǎng)度對(duì)于PCR反應(yīng)的成功至關(guān)重要。原則：引物GC含量在40%~60%之間，Tm值最好接近72℃。解釋：GC含量過高或過低都會(huì)影響引物的引發(fā)效率。上下游引物的GC含量應(yīng)保持一致，以確保它們具有相似的解鏈溫度（Tm值）。Tm值是引物與模板DNA解鏈一半時(shí)的溫度，它反映了引物與模板DNA結(jié)合的穩(wěn)定性。適宜的Tm值有助于提高PCR反應(yīng)的特異性和效率。解釋：如果擴(kuò)增編碼區(qū)域，引物3'端不要終止于密碼子的第3位，因?yàn)槊艽a子的第3位易發(fā)生簡(jiǎn)并（即多個(gè)密碼子編碼同一個(gè)氨基酸），這會(huì)影響擴(kuò)增的特異性與效率。解釋：引物3'端錯(cuò)配時(shí)，不同堿基引發(fā)效率存在很大差異。當(dāng)末位堿基為A時(shí)，即使在錯(cuò)配的情況下也能引發(fā)鏈的合成；而當(dāng)末位為T時(shí)，錯(cuò)配的引發(fā)效率大大降低。因此，為了提高PCR反應(yīng)的特異性，引物3'端最好選擇T。原則：引物中堿基的分布應(yīng)盡可能隨機(jī)，避免出現(xiàn)聚嘌呤或聚嘧啶。解釋：聚嘌呤或聚嘧啶的存在可能導(dǎo)致引物在模板DNA上形成錯(cuò)誤的結(jié)合位點(diǎn)，從而降低PCR反應(yīng)的特異性。因此，在設(shè)計(jì)引物時(shí)，應(yīng)確保堿基隨機(jī)分布，避免出現(xiàn)連續(xù)的G或C。原則：引物自身及引物之間不應(yīng)存在互補(bǔ)序列。解釋：引物自身存在互補(bǔ)序列會(huì)形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)（Hairpin），這種二級(jí)結(jié)構(gòu)會(huì)因空間位阻而影響引物與模板DNA的復(fù)性結(jié)合。兩引物之間也不應(yīng)具有互補(bǔ)性，尤其應(yīng)避免3'端的互補(bǔ)重疊以防止引物二聚體（Dimer與Cross dimer）的形成。這些都會(huì)降低PCR反應(yīng)的特異性和效率。原則：引物5'端和中間ΔG值應(yīng)該相對(duì)較高，而3'端ΔG值較低。解釋：ΔG值是指DNA雙鏈形成所需的自由能，它反映了雙鏈結(jié)構(gòu)內(nèi)部堿基對(duì)的相對(duì)穩(wěn)定性。選擇5'端和中間ΔG值相對(duì)較高、而3'端ΔG值較低的引物有助于確保引物與模板DNA的特異性結(jié)合并防止非特異性擴(kuò)增的發(fā)生。解釋：引物的5'端決定著PCR產(chǎn)物的長(zhǎng)度，它對(duì)擴(kuò)增特異性影響不大。因此，可以在5'端進(jìn)行修飾以引入酶切位點(diǎn)、熒光標(biāo)記等用于后續(xù)的實(shí)驗(yàn)操作。而引物的延伸是從3'端開始的，因此3'端不能進(jìn)行任何修飾且不能有形成二級(jí)結(jié)構(gòu)的可能。10. 避開二級(jí)結(jié)構(gòu)區(qū)域原則：擴(kuò)增產(chǎn)物的單鏈不能形成二級(jí)結(jié)構(gòu)。解釋：某些引物無效的主要原因是擴(kuò)增產(chǎn)物單鏈二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響。選擇擴(kuò)增片段時(shí)最好避開二級(jí)結(jié)構(gòu)區(qū)域。可以使用相關(guān)軟件（如RNAstructure）預(yù)測(cè)mRNA的穩(wěn)定二級(jí)結(jié)構(gòu)，有助于選擇合適的模板區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)增。原則：引物設(shè)計(jì)完成后應(yīng)進(jìn)行BLAST檢測(cè)，以確保其特異性。解釋：BLAST檢測(cè)可以通過比對(duì)引物序列與已知基因序列數(shù)據(jù)庫(kù)中的序列，評(píng)估引物與其他基因序列的相似性。如果引物與其他基因序列存在較高的相似性，則可能導(dǎo)致非特異性擴(kuò)增。因此，特異性檢測(cè)是確保引物有效性的重要步驟。原則：在設(shè)計(jì)PCR引物時(shí)還需綜合考慮實(shí)驗(yàn)條件如退火溫度、Mg2+濃度等。解釋：不同的實(shí)驗(yàn)條件可能會(huì)影響PCR反應(yīng)的特異性和效率。因此，在設(shè)計(jì)引物時(shí)還需根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整以確保PCR反應(yīng)的成功進(jìn)行。例如，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件調(diào)整引物的長(zhǎng)度、GC含量和Tm值等參數(shù)以優(yōu)化PCR反應(yīng)條件。
