PCR反應(yīng)引物二聚體詳細闡述
1、引物二聚體形成的原因
引物二聚體的形成是在實時熒光定量 PCR 設(shè)計和驗證過程中最常見的問題之一，當引物對之間的部分序列存在同源性時，可形成引物二聚體。如果在 PCR 反應(yīng)過程中引物退火形成二聚體，則 TaqDNA 聚合酶可延伸二聚體，形成長于原始引物的產(chǎn)物，它可導(dǎo)致循環(huán)過程中更易出現(xiàn)退火錯誤。根據(jù)長度的不同，引物也可能出現(xiàn)自身折疊，由此與模板形成沖突。反應(yīng)的復(fù)雜性 (尤其在多重反應(yīng)過程中) 可使上述不良影響發(fā)生的幾率增加。
2、如何確定是否存在引物二聚體？
凝膠電泳是顯示引物二聚體的一種極佳的方法。如圖 1所示，引物二聚體在凝膠的底部形成擴散條帶，通常位100 bp 以下。在 PCR 過程中，二聚體的形成與模板的退火及延伸之間存在競爭作用。引物二聚體通常隨模板的減少而增加。單獨采用凝膠電泳分析進行驗證的缺點在于，其靈敏度最低僅達到納克級，因此可能無法得出結(jié)果。凝膠電泳分析的優(yōu)勢是當解離曲線 (熔解曲線) 數(shù)據(jù)同時可用時，產(chǎn)物的大小有助于對結(jié)果進行綜合解釋。
圖1解離曲線，又稱熔解曲線，是利用雙鏈 DNA 結(jié)合染料獲得的標準反應(yīng)熱廊線。如果擴增具有極好的特異性，則實時熒光定量 PCR 板上每個反應(yīng)孔的解離曲線將出現(xiàn)一個較窄的單峰。引物二聚體的熒光強度較低，呈較寬的“波形”，顯示其在 70°C 左右熔解。出現(xiàn)此峰形和熔解溫度主要是由于引物二聚體的長度較小且不確定。若對解離曲線中是否存在引物二聚體有任何疑問，可將觀察的結(jié)果與 NTC（No Template Control，即無模板對照，是陰性對照）反應(yīng)孔相比較，當模板不存在時，更易出現(xiàn)引物二聚體峰 (圖 2，熔解曲線中突出顯示了特異性擴增 (圖2A) 和引物二聚體效應(yīng)(圖2B)。可利用 NTC 樣本在熔解曲線中產(chǎn)生多余的峰(圖2B) 識別出引物二聚體)。
3、如何減少或去除引物二聚體？
如果出現(xiàn)了引物二聚體，有許多方法可以減少或消除反應(yīng)中的引物二聚體。
（1）、首先是優(yōu)化熱循環(huán)條件，這主要是提高退火溫度。大多數(shù)情況下，兩步循環(huán) (由 95°C 變性步驟直接進入60°C 退火和延伸步驟) 有利于強效擴增，因此引物設(shè)計時設(shè)定的成功退火溫度為 60°C。
（2）、可降低引物濃度，甚至采用不同的正向引物和反向引物的比值也有一定的幫助。大多數(shù)情況下，每條引物的理想最終濃度為 200 nM，但如有需要，可將濃度降至 60 nM。
（3）、鎂的最佳濃度一般約為 3 mM。高于此濃度易形成引物二聚體。
（4）、如果未對引物形成二聚體的傾向進行評估，則應(yīng)補充評估并考慮重新設(shè)計 (如有需要)。通常情況下，最好使用熱啟動 DNA 聚合酶，并在冰上進行反應(yīng)。
（5）、在理論上，針對同一靶點應(yīng)同時檢測多個引物組。這實際上可以節(jié)省大量時間，因為如果這些引物中的一個能立即發(fā)揮作用，則可以減少花費在優(yōu)化過程上的時間。
引物二聚體的形成是在實時熒光定量 PCR 設(shè)計和驗證過程中最常見的問題之一，當引物對之間的部分序列存在同源性時，可形成引物二聚體。如果在 PCR 反應(yīng)過程中引物退火形成二聚體，則 TaqDNA 聚合酶可延伸二聚體，形成長于原始引物的產(chǎn)物，它可導(dǎo)致循環(huán)過程中更易出現(xiàn)退火錯誤。根據(jù)長度的不同，引物也可能出現(xiàn)自身折疊，由此與模板形成沖突。反應(yīng)的復(fù)雜性 (尤其在多重反應(yīng)過程中) 可使上述不良影響發(fā)生的幾率增加。
2、如何確定是否存在引物二聚體？
凝膠電泳是顯示引物二聚體的一種極佳的方法。如圖 1所示，引物二聚體在凝膠的底部形成擴散條帶，通常位100 bp 以下。在 PCR 過程中，二聚體的形成與模板的退火及延伸之間存在競爭作用。引物二聚體通常隨模板的減少而增加。單獨采用凝膠電泳分析進行驗證的缺點在于，其靈敏度最低僅達到納克級，因此可能無法得出結(jié)果。凝膠電泳分析的優(yōu)勢是當解離曲線 (熔解曲線) 數(shù)據(jù)同時可用時，產(chǎn)物的大小有助于對結(jié)果進行綜合解釋。
圖1解離曲線，又稱熔解曲線，是利用雙鏈 DNA 結(jié)合染料獲得的標準反應(yīng)熱廊線。如果擴增具有極好的特異性，則實時熒光定量 PCR 板上每個反應(yīng)孔的解離曲線將出現(xiàn)一個較窄的單峰。引物二聚體的熒光強度較低，呈較寬的“波形”，顯示其在 70°C 左右熔解。出現(xiàn)此峰形和熔解溫度主要是由于引物二聚體的長度較小且不確定。若對解離曲線中是否存在引物二聚體有任何疑問，可將觀察的結(jié)果與 NTC（No Template Control，即無模板對照，是陰性對照）反應(yīng)孔相比較，當模板不存在時，更易出現(xiàn)引物二聚體峰 (圖 2，熔解曲線中突出顯示了特異性擴增 (圖2A) 和引物二聚體效應(yīng)(圖2B)。可利用 NTC 樣本在熔解曲線中產(chǎn)生多余的峰(圖2B) 識別出引物二聚體)。
3、如何減少或去除引物二聚體？
如果出現(xiàn)了引物二聚體，有許多方法可以減少或消除反應(yīng)中的引物二聚體。
（1）、首先是優(yōu)化熱循環(huán)條件，這主要是提高退火溫度。大多數(shù)情況下，兩步循環(huán) (由 95°C 變性步驟直接進入60°C 退火和延伸步驟) 有利于強效擴增，因此引物設(shè)計時設(shè)定的成功退火溫度為 60°C。
（2）、可降低引物濃度，甚至采用不同的正向引物和反向引物的比值也有一定的幫助。大多數(shù)情況下，每條引物的理想最終濃度為 200 nM，但如有需要，可將濃度降至 60 nM。
（3）、鎂的最佳濃度一般約為 3 mM。高于此濃度易形成引物二聚體。
（4）、如果未對引物形成二聚體的傾向進行評估，則應(yīng)補充評估并考慮重新設(shè)計 (如有需要)。通常情況下，最好使用熱啟動 DNA 聚合酶，并在冰上進行反應(yīng)。
（5）、在理論上，針對同一靶點應(yīng)同時檢測多個引物組。這實際上可以節(jié)省大量時間，因為如果這些引物中的一個能立即發(fā)揮作用，則可以減少花費在優(yōu)化過程上的時間。
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