引物设计原理课件

上传人:txadgkn****dgknqu... 文档编号:242644208 上传时间:2024-08-30 格式:PPTX 页数:107 大小:5.01MB
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,时,6,引物设计要点,(,1,)碱基组成:,GC,含量应在,40%-60%,(,45%-55%,)之间,,4,中碱基在引物中分配均匀。没有多聚嘌呤或多聚嘧啶序列,如,AAAAA,等,没有二核苷酸重复序列,如,GCGCGC,等;,(,2,)引物长度:,引物中与模板互补的区应为,18-25,个,核苷酸长度,上下引物长度,差别不能大于,3bp,,如上游引物为,19bp,,下游引物为,24bp,等。,引物设计要点(1)碱基组成:,7,(,3,)重复或自身互补序列:,形成发夹结构,会阻止引物和模板之间的复性。,(3)重复或自身互补序列:,8,(,4,)上下引物的互补性:,一个引物的,3,末端序列不允许结合到另一个引物的任何位点上,因为,PCR,中引物浓度较高,会形成引物二聚体。,当一个,PCR,有多对引物时,注意检查任何一个,3,末端都不能和 其他任何引物互补。,(4)上下引物的互补性:,9,(,5,)解链温度(,Tm,值):,计算出来的两个引物的,Tm,值相差不能大于,5 ,,扩增产物的,Tm,值与引物的,Tm,值相差不能大于,10 ,;引物的,Tm,值一般为,50-70,。,这些特性保证了扩增产物在每一个,PCR,循环可有效变性。,(5)解链温度(Tm 值):,10,(,6,),3,末端,3,末端的性质非常关键。,如果可能的话,每个引物的,3,末端碱基为,G,或,C,;最好不要,A,,或,AA,等多聚,A,;,但不推荐,3,末端有,.NNNCG,或,.NNNGC,序列的引物,,GC,高自由,能促进发夹及引物二聚体产生。,(6)3末端,11,当末端碱基为,A,时,错配时引发链合成的效率大大降低;,当末端碱基为T时,错配情况下亦能引发链的合成,所以一般 PCR 反应中,引物3,末端的碱基最好选,T、C、G,,而不选A。,引物3端错配时,不同碱基引发效率存在着很大的差异,当末位的碱基为A时,即使在错配的情况下,也能有引发链的合成,而当末位链为T时,错配的引发效率大大降低,G、C错配的引发效率介于A、T之间,所以3端最好选择T。?,(7)5,端序列添加限制性酶切位点:,当末端碱基为 A 时,错配时引发链合成的效率大大降低;,12,一些概念,有意链(,Sense strand,),正义链(,positive strand,),编码链(,coding strand,);无意链(,anti-sense strand,),负义链(,negative strand,),模板链(,template strand,),一些概念有意链(Sense strand),正义链(posi,13,正向引物 (,forward primer,),:处于,DNA,双链上游的引物。如用于测序,则从,5,3,方向读出,DNA,正链的序列。,反向引物 (,Reverse primer,),:处于目的,DNA,双链下游的引物。如用于测序,则读出,DNA,负链从下游到上游的反向序列。,正向引物 (forward primer):处于DNA双链上,14,15,Primer,Premier 5.0,软件设计引物,是由加拿大的,Premier,公司开发的专业用于,PCR,或测序引物以及杂交探针,的设计、评估的软件,主要界面分为序列,编辑窗口,(,genetank,)、,primer design,、,酶切分析,(,restriction site,)和,Motif,Primer Premier 5.0 软件设计引物是由加拿,16,正向(,As is,)、反向(,reversed,)、互补(,complemented,)及反向互补(,reverse complemented,)。,正向(As is)、反向(reversed)、互补(comp,17,正向(,As is,),正向(As is),18,反向(,reversed,),反向(reversed),19,互补(,complemented,),互补(complemented),20,Enzyme,Enzyme,21,软件默认以,表格方式,显示酶切结果。单击,Seq,或,Map,,分别以序列或图示的方式显示结果。,缺点:,不能以文本的形式保存结果。,软件默认以表格方式显示酶切结果。单击Seq 或 Map,分别,22,Motif,Motif,23,引物设计原理课件,24,Primer,Primer,25,点击,Search,,进行引物搜索,点击 Search,进行引物搜索,26,Search criteria,窗口:多种参数可以调整。,Primer Length常设置在1830bp,短了特异性不好,长了没有必要。当然有特殊要求的除外,如加个酶切位点什么的。,PCR Product size,最好是,100,500bp,之间,小于,100bp,的,PCR,产物琼脂糖凝胶电泳出来,条带很模糊,不好看。至于上限倒也不必要求苛刻。,Search criteria 窗口:多种参数可以调整。Pr,27,Manual,Search parameters ,人工搜索参数设置窗口。,Search stringency应选High。,GC含量一般是4060。,其它参数默认就可以。,ManualSearch parameters 人工搜索,28,Search progress,窗口中显示,Search CompletedOK,键,Search progress 窗口中显示Search Co,29,结果窗口,有三种显示形式,上游引物、下游引物和成对显示。引物按优劣次序排列,满分为,100,。选其中的一对引物,在主窗口显示结果。,对于上述引物,如果其它各项指标还可以,可在引物末端去掉一个不满意的或加上一个碱基,看看引物的评估参数有没有变好点。,搜索出来的引物,按,Rating,排序,逐个送,Oligo,软件里评估。,当然,搜索出的引物,其扩增产物很短,你可以不选择它。,引物,3,端,2,个,A,或,T,或引物内部连续的,G,或,C,太多,或引物,3,端,2,个,G,或,C,,这样的引物应作为次选,没得选了就选它。,结果窗口有三种显示形式,上游引物、下游引物和成对显示。引物,30,该图分为四部分:最上面是图示模板及产物位置,“,S”,和“,A”,可查看有义链或反义链的引物。右边是两个引物在模板上结合位置的直观图;第二层是模板及引物序列的配对情况;第三层显示引物的各种参数。,注意:尾末给出该引物的最佳退火温度,!第四层:四种重要指标的分析,该图分为四部分:最上面是图示模板及产物位置,“S”和“A”可,31,引物长度:,控制着引物的特异性和在PCR反应中的退火温度。长的PCR引物能给扩增带来更好的特异性,可以通过降低退火温度提高反应的灵敏度,不过长引物易形成包括发夹结构二聚体自身互补等二级结构。适宜引物长度为,18-27,nt,。,Tm 融链温度,:根据相邻二碱基对作用原理来计算融链温度。PCR 反应的合适 Tm 范围为,56-63 ,(50-70,),GC% 含量,:对于PCR 反应来说 GC含量在,50%,左右比较合适。,(40-60,%,45-55%),Degeneracy多义性,,尽量减少引物多义性,这样会带来更好的特异性,尽量避免3末端的多义性,因为这个位置即使一个碱基的错配都能阻止引物延伸。,引物长度:控制着引物的特异性和在PCR反应中的退火温度。长的,32,BLAST,验证引物,进入http: /www.ncbi.nlm.nil.gov/BLAST/,点击,Basic BLAST,中的,nucleotide blast,选项,BLAST 验证引物进入http: /www.ncbi.n,33,在,Enter Query Sequence,栏中输入引物序列:,例:,引物为,5,-CTGAGATCCTGAGCCTTTGG-3,;,5,-TGCCCATCACAACATCATCT-3,同时输入上下游引物。输入上下游引物都从,5,3,。输入上游引物后,加上,20,个字母,n,,再输入下游引物。,在Enter Query Sequence栏中输入引物序列:,34,在,Choose Search Set,栏中:Database根据预操作基因的种属定了,可选Human genomic + transcript或Others,在Choose Search Set栏中:Database根,35,在,Program Selection,中:选择Somewhat similar sequences (blastn)项,如下图:,在此界面最下面关键要点击,Algorithm parameters,参数设置,进入参数设置界面。,在Program Selection中:选择Somewhat,36,在,General Parameters,中:Expect thresshold期望阈值须改为1000,大于1000也可以;在Word size的下拉框将数字改为7。,在General Parameters中:Expect th,37,图中,:序列与引物匹配的得分值小于,40分、4050分、50-80分、80-200分等,,分值越高,特异性越好;,线段代表上或下游引物,,其颜色和上面对照后就可得出该条引物的分值。两线段间没有连线的,表示单条引物与该基因一致。有连线的代表这些序列与上游引物匹配(,Strand=Plus/Plus,)、并与下游引物互补(,Strand=Plus/Minus,),,理论上可以扩增出基因片断。点击线段,就能跳转到该基因的结果信息概要。,图中:序列与引物匹配的得分值小于40分、4050分、50-,38,Accession,,,数据库系列的身份证:点击之后可以获得该序列的信息,Desscription,序列,的简单描述,高的就是有两线段间有连线的,代表随机匹配的可能性,。,E,值,接近零时最有意义,也就是说序列完全匹配了。,Accession,数据库系列的身份证:点击之后可以获得该序,39,比对到的序列长度,E,值越小为好!,匹配上的碱基数占总序列长度的比例,缺失或插入,用“,-”,来表示,Query1,、,2,表示输入的两对引物,,Sbjct,表示在库里比对的序列,Primer BLAST,的详细结果,比对到的序列长度E值越小为好!匹配上的碱基数占总序列长度的,40,ncbi,在线,primer,设计,ncbi 在线 primer 设计,41,默认的参数实际上是从,100,到,1000,,这个你得自己改,如果你希望产物的大小符合你的预期,尽可能把范围改小,比如,480-500,至于,RT-PCR,所用的引物,最好是使得产物跨过内含子,这样避免潜在,DNA,对,RT-PCR,的干扰。,默认的参数实际上是从100到1000,这个你得自己改,如果你,42,引物设计原理课件,43,引物设计原理课件,44,引物设计原理课件,45,用Oligo软件设计/评估PCR引物,启动Oligo,选择File,open,打开要进行引物分析的序列。,用Oligo软件设计/评估PCR引物启动Oligo,选择Fi,46,图中显示的三个指标:Tm值、G和 Frequencies。,退火温度窗口是设计引物的,主窗口,,其他两个具有,辅助,作用。,图中显示的三个指标:Tm值、G和 Frequencies。,47,因为分析要涉及多个指标,启动窗口的Cascade 排列方式不太方便,可从windows菜单改为Tile方式。,因为分析要涉及多个指标,启动窗口的Cascade 排列方式不,48,用Tile方式显示窗口,用Tile方式显示窗口,49,Tm,退火温度窗口,Tm值曲线以选取72附近为佳;,5,到3端的下降性状也有利于引物引发聚合反应。,圈出来的序列部分及黄色的,bar,即代表当前分析的,21,个碱基的,Tm,值,可点击窗口的左下角的,Upper,、,Lower,按钮选择上游引物、下游引物。,Tm,退火温度窗口Tm值曲线以选取72附近为佳;圈出来的序,50,Tm值似乎太低了,Tm值似乎太高了,Tm值似乎太低了Tm值似乎太高了,51,显示了装载的整个序列的,6-7 mers,寡核苷酸顺序的相对频率。寡核苷酸的,3,端如果在一个特定的数据库(,GenBank,的子数据库)更普遍(即出现的频率更高),那么更容易导致错误引发。,Frequencies,碱基频率窗口,如果选择出现频率较低的位点作为,3,末端,那么就减少了在复杂的底物(比如整个,基因组,DNA,)内的许多位点结合、引发的几率,从而减少了非特异性,PCR,产物的形成。,显示了装载的整个序列的 6-7 mers寡核苷酸顺序的相对频,52,平均频率为1000的话,,CTTGGC,的频率为1500以上,而,TTGGCG,德频率很低,约300。,平均频率为1000的话,CTTGGC的频率为1500以上,而,53,G,序列内部碱基稳定性窗口,显示了寡核苷酸的内部稳定性(五聚体的自有能)。,-1.9值=-(3.1+3.1+3.1+1.6),G值反应了序列与模板的结合强度;,最好引物的G值在5端和中间值比较高,而在3端相对低。,G,序列内部碱基稳定性窗口显示了寡核苷酸的内部稳定性(五聚,54,在一个双链结构中,碱基对的相对稳定性是由其邻近碱基决定的,以自由能G表示。,dA,dC,dG,dT,dA,-1.9,-1.3,-1.6,-1.5,dC,-1.9,-3.1,-3.6,-1.6,dG,-1.6,-3.1,-3.1,-1.3,dT,-1.0,-1.6,-1.9,-1.9,第二个核苷酸,第一个(5)核苷酸,例子:,双链d(,ACGG/CCGT,)的,G是:,G(,ACGG,)=G(,AC)+,G(,CG)+,G(,GG),=-(1.3+3.6+3.1)=-8.0kcol/mol,在一个双链结构中,碱基对的相对稳定性是由其邻近碱基决定的,以,55,显示了3,末端序列,G值较低,适合引发。,3,末端序列,G太高。,显示了3末端序列G值较低,适合引发。3末端序列G太高,56,你可以在三个窗口中自行设计引物。,选择了自己认为顺眼的位置,此时,点击,Uper,,上游引物即可显示。,同时在序列下游寻找下游引物,点击,Lower,,即可显示下游引物。,对你设计的引物,质量进一步分析。,你可以在三个窗口中自行设计引物。选择了自己认为顺眼的位置,此,57,同时在序列下游寻找下游引物,点击,Lower,,即可显示下游引物。,同时在序列下游寻找下游引物,点击Lower,即可显示下游引物,58,参数设置与搜索选择searchfor primers and probes,进行如右图设置。,点击search ranges,设置引物范围和 PCR产物的大小,点击parameters,进行参数设置。,因为设计的是一对引物,正、负链的复选框都要选上。同时选compatible pairs,默认下,,对引物的要求,:无二聚体、3高度特异、GC%含量有限定、去除错误引发引物等。,参数设置与搜索选择searchfor primers an,59,引物的长度及产物的长度设置。,Primer Length设置在1830bp,短了特异性不好,长了没有必要;,PCR Product size最好是100500bp之间,小于100bp的PCR产物琼脂糖凝胶电泳出来,条带很模糊。上限没有太多的限定。,引物的长度及产物的长度设置。Primer Length设置在,60,普通设置、参数及更多参数,从高到低六个等级的设定,最后有一个用户定制选项。当对软件功能不了解时,应选very high/High。,选automatically change string 后,搜索引物时,如果在高等级设定中无法搜索到引物对时自动降级一个等级来搜索,直到找到为止。,反向引物时用,普通设置、参数及更多参数从高到低六个等级的设定,最后有一个用,61,让引物的长度可以改变,以适应设定的Tm值或PE(prime Efficeince)值(引发效率)。,可以限定所选引物对的最大数目。,让引物的长度可以改变,以适应设定的Tm值或PE(prime,62,实际上需要我们改动的只有,引物的长度,,根据实验需求做相应改动。,其他的参数就使用Oligo默认值,一般无需改动。,实际上需要我们改动的只有引物的长度,根据实验需求做相应改动。,63,直接使用Oligo默认值,一般也无需改变。,直接使用Oligo默认值,一般也无需改变。,64,参数设置完毕后,点击确认OK,程序即进行引物搜索。,参数设置完毕后,点击确认OK,程序即进行引物搜索。,65,引物搜索结果如入:,Oligo提供了按引物位置、产物大小、退火温度、GC含量等的排列方式。,引物搜索结果如入:,66,Oligo最突出的功能不在于引物搜索,而在于引物分析,。它提供了多种分析方法并以不同的形式展现出来。,选择其中的一对引物,这时程序自动弹出一个PCR分析窗口。,Oligo最突出的功能不在于引物搜索而在于引物分析。它提供了,67,PCR,optimal annealing temperature,(最佳退火温度)数值得参考。在PCR摸索条件的时候,退火温度为其数值加减2的范围就可以了。,产物Tm值与引,物Tm值(低的那个)的差异,一般控制在20度以内。,引,物间Tm值的差异,一般控制在5-6度以内。,引发效率:上(下)引物对于正、负链正确引发效率比。,最佳引物浓度,PCRoptimal annealing temperatu,68,在Analyze 菜单中,Oligo 提供了众多分析功能。选择相应的功能,分析结果。,在Analyze 菜单中,Oligo 提供了众多分析功能。选,69,点击Selected primers,会给出两条引物的概括性信息;,其中包括引物的,Tm值,,此值Oligo是采用nearest neighbor method计算,会比Primer5中引物的Tm值略高;,引物的,Delta G,和3端的,Delta G,: 3端的Delta G过高,会在错配位点形成双链结构并引起DNA聚合反应,因此此项绝对值应该小一些,最好不要超过9。,Key Info,点击Selected primers,会给出两条引物的概括性,70,Duplex formation ,引物二聚体,引物二聚体是影响PCR反应异常的重要因素应避免,至少也要使设计的引物形成的二聚体是不稳定的,即其G值应该偏低由,退火温度,决定,50的退火温度和65对二聚体的影响肯定不一样。,The most stable 3-Dimer Delta G绝对值一般不要超过4.5kcal/mol。G绝对值越大结构越稳定。,结合碱基对不要超过,3,个。,the most stable Dimer overall绝对值一般应小于多少kcal/mol跟PCR退火温度有关。实验表明在PCR退火温度65时,6.7kcal/mol没有问题。,Duplex formation ,引物二聚体引物二聚体是影,71,Hairpin formation ,引物发夹结构,Delta G,绝对值一般不要,超过,4.5kcal/mol,。,结合碱基对不要超过,3,个。,特定的发夹如果没有显示,Tm,值,那么发夹结构就不容易形成 。,Hairpin formation ,引物发夹结构Delta,72,结合碱基对已经超过,3,个。,结合碱基对已经超过3个。,73,在3,形成发夹会引发引物内部的延伸反应,减少了参加正式反应引物的数量,。,在3形成发夹会引发引物内部的延伸反应,减少了参加正式反应引,74,Composition and Tm,上下游引物的GC控制在4060。,最后一种是,Primer5,所采用的方法。,Td is a normalized Tm in 1M salt conditions,the Tm is a variable value, that depends on salt and DNA concentration set in the Search Parameters window,Tm值高时错配很少,特异性强。,Composition and Tm上下游引物的GC控制在,75,False priming sites,错误引发位点,oligo,会给,正确引发效率,和,错误引发效率,。,一般的原则:使误引发效率控制在100以下。,有时候,正确位点的引发效率,很高的话,比如达到,400,500,,错误引发效率超过,100,幅度若不大的话,也可以接受。,Primer,的,priming efficiency,应该是错配地方的,4,倍左右,更多当然更好。,False priming sites,错误引发位点olig,76,下游引物对于负链,没有发现错误引发。,下游引物对于负链,没有发现错误引发。,77,Selected Oligo,Selected Oligo,78,Primer pairs,系统设计出的所有引物对。,Primer pairs系统设计出的所有引物对。,79,internal stability,Internal stability,很重要:我们希望引物的内部稳定性是中间高、两边低的弧形,最起码保证,3,端不要过于稳定。,引物,3,端过于稳定,很容易导致不适当扩增。,internal stabilityInternal st,80,上游引物的参数,注意:,必需把方框拉到上游引物处。,上游引物的参数注意:必需把方框拉到上游引物处。,81,对应的下游引物的参数,注意:,必需把方框拉到下游引物处。,对应的下游引物的参数注意:必需把方框拉到下游引物处。,82,Hybridization time,杂交时间,该窗口显示了不同长度、不同浓度的寡核苷酸的杂交时间,Hybridization time,杂交时间该窗口显示了不,83,Concentration,您只需点一下鼠标,就轻松地实现对你地引物、,PCR,产物、,DNA,模版链即时的浓度、体积、,OD,值、分子量的转换。,该浓度窗口是一个强大的时间保存计算器。,Concentration您只需点一下鼠标,就轻松地实现对你,84,Oligo不仅能以图表的方式将结果展示出来,还能以文本的形式保存。,在软件所出现的任何一个窗口,选择Filedata As,把数据存为一个文本文件。,Oligo不仅能以图表的方式将结果展示出来,还能以文本的形式,85,文本保存的结果如下:,最佳退火温度,最佳引物浓度、盐浓度,文本保存的结果如下:最佳退火温度最佳引物浓度、盐浓度,86,Primer premier 5设计引物,Oligo引物评估,举例说明:,ncbi里查找基因,LIF,的mRNA序列,用FASTA格式直接保存改基因的CDS区序列。,Primer premier 5设计引物Oligo引物评估,87,上游引物,上游引物,88,下游引物,下游引物,89,可以看出,Oligo对引物进行了非常全面的分析,为选择最佳的引物提供了参考。Oligo不仅能对所搜索的引物进行全面分析,还能对任意的寡核苷酸进行分析。,选择Filenew sequence,在出现的窗口中输入要分析的寡核苷酸序列,完毕后按回车键或选择Accept/DiscardAccept。,可以看出,Oligo对引物进行了非常全面的分析,为选择最佳的,90,温馨小提示,:当你验证引物时,不要如图似的把引物序列直接黏贴。此处,,应该,把模板序列输进去。,温馨小提示:当你验证引物时,不要如图似的把引物序列直接黏贴。,91,edit new sequence,里用键盘输入上游引物的模板序列(A),,选择Accept/DiscardAccept。,输入S或dsDNA是错误的。,edit new sequence 里用键盘输入上游引物的模,92,注意:看到的序列是模板,而不是需要验证的引物。,注意:看到的序列是模板,而不是需要验证的引物。,93,引物设计原理课件,94,看:,上游引物已经显示了!,显示的是方框/当前序列的位置,也可以这样操作:方框定位到288,点击Upper,即可显示上游引物。,错误!,当方框短于引物时,可改变当前序列长度,看:上游引物已经显示了!显示的是方框/当前序列的位置也可以这,95,引物设计原理课件,96,下游引物也显示了!,引物序列长度不同于当前的引物,从“Change”菜单中改变当前的引物长度!,引物输入完毕,接下,来分析各个参数,下游引物也显示了!引物序列长度不同于当前的引物,从“Chan,97,引物设计原理课件,98,上下引物3,末端没有二聚体产生。,Primer premier 5,Oligo,上下引物间产生的二聚体,,G绝对值应小于4.5值,。,上下引物3末端没有二聚体产生。Primer premier,99,Primer premier 5,Oligo,上引物,内部形成的二聚体,。G绝对值大于9,有点不能接受,而且核苷酸为4个。,Primer premier 5Oligo上引物内部形成的二,100,Primer premier 5,Oligo,下引物,内部形成的二聚体,。G绝对值小于4.5,可以接受,最佳退火温度时可以忽略。,Primer premier 5Oligo下引物内部形成的二,101,Oligo,Primer premier 5,上引物,内部形成的发夹结构,。G绝对值小于4.5,可以接受。,下引物,内部没有形成发夹结构,。,OligoPrimer premier 5上引物内部形成的发,102,False Priming Sites,即错误引发位点,在Primer5中虽然也有分析,但不如oligo详细。,Primer premier 5,注意,:此处,引物在非特异位点进行引发,错误引发。,False Priming Sites,即错误引发位点,在P,103,Primer premier 5,Primer premier 5,104,上下引物内部稳定性分析,上下引物内部稳定性分析,105,上引物6-mers 出现频率分析,上引物6-mers 出现频率分析,106,下引物6-mers 出现频率分析,下引物6-mers 出现频率分析,107,
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