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标题:【讨论帖】也谈Real-time PCR引物设计

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【讨论帖】也谈Real-time PCR引物设计


先谈引物设计原则,再讲实施方法。
引物设计不仅对引物有要求,也对PCR target有要求。
Design guidelines for primers:
Primers:
1   length
18-24
2  GC content
35%-65%(ideally 40-60%)
3  Tm
60-70°C (ideally 65°C), so that annealing temperature is 58-62°C
ΔTm (forward primer and reverse primer)<4°C
4  3’ end
Avoid 3’ end T (allow mismatching), G or C is better
No more than 3 G+C at the 3’ end in 5 nucleotides
Avoid runs of identical nucleotides, especially of 3 or more Gs or Cs at the 3’ end
5  Avoid hairpins
6  Avoid complementarity between the primers, especially at the 3’ ends of the primers (2 or more bases) to avoid primer-dimers
7  Take into account alternative splicing
8  Take into account into known SNPs
9  If Oligo-dT is used in RT, keep close to Poly-A tail
10  Design intron spanning or franking primers to avoid co-amplification of genomic DNA, which is only possible in multiple exon genes. (For single exon genes, perform DNase I treatment of RNA samples)
11  Use software (Oligo) to detect false priming sites in the template mRNA sequence to enhance the specificity of priming and avoid the low-complexity regions
Amplicon
1  SYBR green I assays:
80-200 bp (ideally 80-150). Alternative length ranges are often used to satisfied other requirement, but remember that shorter amplicons would give higher PCR efficiencies
2  GC content
30-80%(ideally 40-60%)
3  Avoid secondary structures in the amplicon (check with mfold)
4  Check if generate amplicon is unique
Discriminate cDNA from genomic DNA
Discriminate cDNA from pseudo-genes. If pseudo-genes exit, multi-align the sequences between the gene and it’s pseudo-genes to make sure the difference region to help you to design the primers
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引物设计和cDNA priming的关系
常常对选择random primers 和 Oligo-dT很迷惑,到底哪种priming strategy更好呢?
实验的方法是:
用同样的reverse transcriptase ,两种priming strategy去做RT,进行real-time PCR,相同体积的cDNA,那个的Ct值小,说明priming的效果好。
在引物设计要考虑的是:
如图所示,
1 如果基因没有poly-A tail,那么直接就random primers 好了
2 如果基因有poly-A tail
对于小的基因,选择Oligo-dT 作为priming strategy
对于大的基因,要选择Oligo-dT 去priming,引物设计在3' end,选择random primers,引物设计在5’ end
这是一个一般的概念,没有绝对的标准,比如基因有3000bp,那么是设计适合Oligo-dT 使用的引物还是random primers 使用的引物,在于你实际研究的几个基因的情况,其中也有很大的人为成分。最好的再用实验来验证,但在引物设计中是需要考虑的。


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SNPs和假基因
引物设计有很多原则去遵守,这两个问题常常让我们无从下手
1 SNPs
这个东西先不用考虑,等你设计好引物了,在相应web program去check一下就可以了,如果不行就再做一遍设计。
2 pseudo-genes
这个是需要提前考虑的,从NCBI上下载gene和它的 pseudo-genes,比对后找出不同的序列,在这些序列上设计引物,保证一条引物在这些序列上,另一条可以是,也可以不是,以降低设计的难度。
如果不好设计,不管这个问题,其一实际做real-time PCR时,pseudo-genes可能不产生影响,举例子hGAPDH,大多数hGAPDH的引物是能扩增出pseudo-genes的,但在使用template浓度下pseudo-genes所产生的Ct值贡献很低(记住和template浓度有关),所以大家还在使用。其二genome DNA可以用on-column digest 来处理。
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我们常常会看到这个图:
左边的一种情况是内含子跨越引物(intron spanning primer),图中可见Forward引物是由Exon1的尾部和Exon2的头部拼接而成,所以取为内含子跨越引物很为合理。
如果一侧是spanning primer,那么另一侧可以是spanning primer,也可以不是spanning primer,由于Amplicon的长度限制在80-200 bp ,所以如图这种情况,Exon2要小于200bp,这样才能保证Amplicon<200bp,所以基因结构很关键,如果序列中没有<200bp的Exon,就无法使用这种设计。
那么问题来了,如果Exon2大于200bp,是否可以把reverse primer设计在Exon2中,这种设计应该也是成立的。
所以图中的reverse primer可以是三种情况:1 处于exon2中;2 Exon2和Exon3的spanning primer;3 Exon3中
具体是那种情况,和基因结构密切相关,但1的严谨性要差一些。
右边的情况是内含子侧翼引物(intron flanking primer),引物位于Intron两侧的Exon上。
这种设计也是和基因结构密切相关,它的要求是Exon1和Exon2之间的Intron足够的大,以保证PCR延伸时含有Intron的genome DNA不被扩增。
总结基因结构是设计real-time PCR 引物最为重要的限制因素。


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Real-time PCR的引物设计要求有很多方面,下面给出实施框架:
Outlline of Primer Design:
1 Investigate gene structure
UCSC or Ensembl
2 Select target area (exons)
Different exons (exon junctions)
3 Use software for primer design
Primer3:
cuturl('http://frodo.wi.mit.edu/')
Oligo6
4 Check primers using electronic PCR
cuturl('http://medgen.ugent.be/rtprimerdb/')
cuturl('http://bisearch.enzim.hu/?m=genompsearch')
基于这个框架,引物设计就变的简单了,只要经过这样一个procedure,就可以获得需要的引物,如果不能得到合格的引物,修正一下就可以了。
引物的设计要求在整个过程的不同步骤中得到实现,是有先后顺序的,这样可以使操作简化,也使这些条件得以兼顾。设计的任务是找到能够work的引物,而不是去找最好的引物,只要我们得到的引物通过了Check,那么It's fine,你就可以去Order这对引物了。
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Real-time PCR的引物设计要求有很多方面,下面给出实施框架:
Outlline of Primer Design:
1 Investigate gene structure
UCSC or Ensembl
2 Select target area (exons)
Different exons (exon junctions)
3 Use software for primer design
Primer3:
cuturl('http://frodo.wi.mit.edu/')
Oligo6
4 Check primers using electronic PCR
cuturl('http://medgen.ugent.be/rtprimerdb/')
cuturl('http://bisearch.enzim.hu/?m=genompsearch')
基于这个框架,引物设计就变的简单了,只要经过这样一个procedure,就可以获得需要的引物,如果不能得到合格的引物,修正一下就可以了。
引物的设计要求在整个过程的不同步骤中得到实现,是有先后顺序的,这样可以使操作简化,也使这些条件得以兼顾。设计的任务是找到能够work的引物,而不是去找最好的引物,只要我们得到的引物通过了Check,那么It's fine,你就可以去Order这对引物了。
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谢谢高手,但我觉得第一步可以先上这个网站看一看有没有现成的引物。这个网站收集了很多现成的实时定量引物,我很懒,一般我都先检索一下你上面 提到的这个网站。如果有现成的我就直接合成,还没有遇到不好用的时候。跟丁香园规定有点类似,设计(发帖)前先搜索。
cuturl('http://medgen.ugent.be/rtprimerdb/')
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相关疾病:
先天性卵巢发育不全综合征46XX性发育睾丸疾病
cuturl('http://tong.dxy.cn/experiment/430/457/460/21713.htm')
这个正好有个相关的视频
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不理解这些。我的疑问是:real-time PCR 主要是定量检测mRNA的水平。
设计引物的时候只需要以mRNA 序列为模板设计,和exon有什么关系呢?
成熟的mRNA 已经把exon 切除了吧!
刚接触这些, 不知道自己理解得是否正确。
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你的理解正确。
但还考虑不周全,因为在提RNA时,往往不能把基因组DNA去除的非常干净。
而一旦有基因组污染,就会导致误差。
这种设计引物的方法,即使有DNA污染,也不会扩增出来。
另外,成熟的mRNA是将intron切除了,把exon连接在一块了。
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引物设计和cDNA priming的关系
常常对选择random primers 和 Oligo-dT很迷惑,到底哪种priming strategy更好呢?
实验的方法是:
用同样的reverse transcriptase ,两种priming strategy去做RT,进行real-time PCR,相同体积的cDNA,那个的Ct值小,说明priming的效果好。
在引物设计要考虑的是:
如图所示,
1 如果基因没有poly-A tail,那么直接就random primers 好了
2 如果基因有poly-A tail
对于小的基因,选择Oligo-dT 作为priming strategy
对于大的基因,要选择Oligo-dT 去priming,引物设计在3' end,选择random primers,引物设计在5’ end
这是一个一般的概念,没有绝对的标准,比如基因有3000bp,那么是设计适合Oligo-dT 使用的引物还是random primers 使用的引物,在于你实际研究的几个基因的情况,其中也有很大的人为成分。最好的再用实验来验证,但在引物设计中是需要考虑的。

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非常谢谢这位大侠的无私赐教,另外我想补充下,如果各位想做相对定量,要用到内参基因,那么最好用random primer进行逆转录,因为polyT逆转录会对不同的模板转录产生偏差,认为引入了各个基因表达间的表象不同;特异性引物的逆转录更是严重,无法进行相对定量了,所以relative Q最好用random。
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