PCR反應體系引物條件介紹

  PCR（Polymerasechain reaction，聚合酶鏈式反應）是模擬體內DNA復制過程，對特定DNA序列進行大量擴增的一種技術。 PCR反應是以4種dNTP為底物，引物引導，DNA聚合酶催化作用下，在單鏈DNA模板3’末端開始進行互補鏈的延伸，多次反復的擴增使特定DNA序列以指數增加。PCR反應體系參與PCR反應的物質主要為包括：引物、酶、dNTP、Buffer、模板和Mg2+。

引物是兩段與待擴增靶DNA序列互補的寡核苷酸片段，兩引物間距離決定擴增片段的長度，兩引物的5’端決定擴增產物的兩個5’末端位置。PCR產物的特異性取決于引物與模板DNA互補的程度。

引物設計有3條基本原則：

首先引物與模板的序列要緊密互補，其次引物與引物之間避免形成穩定的二聚體或發夾結構，再次引物不能在模板的非目的位點引發DNA聚合反應。引物設計一般考慮以下幾個方面：

1、引物長度

PCR特異性一般通過引物長度和退火溫度來控制。

引物的長度一般為15-30bp，常用的是18～27bp，最佳為20～24bp。引物過短時會造成Tm值過低，在酶反應溫度時不能與模板很好的配對；引物過長時又會造成Tm值過高，超過酶反應的最適溫度，還會導致其延伸溫度大于74℃，不適于Taq DNA聚合酶進行反應。

2、 引物堿基構成

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，3′端不應超過3個連續的G或C，因為這樣會使引物在G+C富集序列區錯誤引發。兩個引物中（g+c）%含量應盡量相似，在已知擴增片段（g+c）%含量時宜接近于待擴增片段，一般以40%～60%為佳，過高或過低都不利于引發反應。Tm值是一定鹽濃度條件下，50%寡核苷酸互補雙鏈解鏈的溫度。Tm=4（G+C）+2（A+T）。

兩條引物之間避免有同源序列，尤為連續6個以上相同堿基的寡核苷酸片段，否則兩條引物會相互競爭模板的同一位點；同樣，引物與待擴增目標DNA或樣品DNA的其它序列也不能存在6個以上堿基的同源序列。否則，引物就會與其它位點結合，使特異擴增減少，非特異擴增增加。

3、引物二級結構

引物應避免內部形成明顯的二級結構，尤其是發夾結構。引物自身形成的二級結構包括二聚體、發卡結構、引物間二聚體等，會影響引物和模板的結合從而影響引物效率。特別是在引物的3’末端，盡量避免出現這些二級結構。

4、引物3’端序列

DNA聚合酶是在引物3’端添加單核苷酸，所以，引物3’端5～6個堿基與目標DNA的配對要求必須精確和嚴格，這樣才能保證PCR有效擴增。正、反向引物互相不能互補，尤其是在3’末端，否則容易形成引物二聚體。

引物3’末端的穩定性由引物3’末端的堿基組成決定，一般考慮末端5個堿基的ΔG。?G值是指DNA雙鏈形成所需的自由能，該值反映了雙鏈結構內部堿基對的相對穩定性。應當選用3’端?G值較低（絕對值不超過9），負值大，則3’末端穩定性高，擴增效率更高。引物的3’端的?G值過高，容易在錯配位點形成雙鏈結構并引發DNA聚合反應。

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位易發生簡并，會影響擴增特異性與效率。應當避免在引物的3’端使用堿基A，末位堿基為A的錯配效率明顯高于其他3個堿基。

5、引物的5′端

引物的5′端限定著PCR產物的長度，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；標記生物素、熒光、di高辛、Eu3+等；引入蛋白質結合DNA序列；引入突變位點、插入與缺失突變序列和引入一啟動子序列等。對于引入一至兩個酶切位點，應在后續方案設計完畢后確定，便于后期的克隆實驗，特別是在用于表達研究的目的基因的克隆工作中。

6、引物的特異性

引物與非特異擴增序列的同源性不要超過70%或有連續8個互補堿基同源，特別是與待擴增的模板DNA之間要沒有明顯的相似序列。