科普 | Primer-BLAST:NCBI的引物設計和特異性檢驗工具

2021-12-22 啟帆醫學BioSCI

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Primer-BLAST,在線設計用於聚合酶鏈反應(PCR)的特異性寡核苷酸引物。Primer-Blast 可以直接從 Blast 主頁( http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/ )找到, 或是直接用下面的連結進入:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/tools/primer-blast/這個工具整合了目前流行的 Primer3 軟體,再加上NCBI 的Blast 進行引物特異性的驗證。

Primer-BLAST 免除了用另一個站點或工具設計引物的步驟, 設計好的引物程序直接用 Blast 進行引物特異性驗證。並且,Primer-BLAST 能設計出只擴增某一特定剪接變異體基因的引物。Primer-BLAST 有許多改進的功能,這樣在選擇引物方面比單個的用Primer3 和 NCBI BLAST 更加準確。

Primer-BLAST 界面包括了 Primer3 和 BLAST 的功能。提交的界面主要包括三個部分:target template(模板區), the primers(引物區), 和 specificity check(特異性驗證區)。跟其它的 BLAST 一樣,點擊底部的「Advanced parameters」有更多的參數設置。(1) 模板(Template)在「PCR Template」下面的文本框,輸入目標模板的序列,FASTA 格式或直接用 Acession Number,如果你在這裡輸入了序列,是用於引物的設計。Primer-BLAST 就會根據你輸入的序列設計特異性引物,並且在目標資料庫(在 specificity check 區選擇)是唯一的。(2) 引物(Primers)如果你已經設計好了引物,要拿來驗證引物的好壞。可以在 Primer Parameters 區填入你的一條或一對引物。並且選擇好驗證的目標資料庫(在 specificity check 區選擇)。根據需要可設置產物的大小,Tm 值等。(3) 特異性(Specificity)在 specificity check 區,選擇設計引物或驗證引物時的目標資料庫和物種。這一步是比較重要的。這裡提供了 4 種資料庫:RefSeq mRNA, Genome (selected reference assemblies), Genome (all chromosomes), and nr (the standard non-redundant database)。前兩個資料庫是經過專家注釋的數據, 這樣可以給出更準確的結果。特別是,當你用 NCBI 的參考序列作為模板和參考序列資料庫作為標準來設計引物時,Primer-BLAST 可以設計出只擴增某一特定剪接變異體基因的特異引物。selected reference assemblies 包括以下的物種:human, chimpanzee, mouse, rat, cow, dog, chicken, zebrafish, fruit fly, honeybee, Arabidopsis, 和 rice。Nr 資料庫覆蓋 NCBI 所有的物種。

用人尿嘧啶 DNA 糖基化酶(uracil-DNA glycosylase genes, UNG, GeneID: 7374)的兩個轉錄本序列作為一個例子來分析。UNG1 的序列長一點(NM_003362),UNG2 的序列短一點(NM_080911,註:拿這兩個基因的序列 ClustalW 一下就可以了)。

這裡用 UNG2 的序列設計引物,選擇 RefSeq mRNA database,物種是 Human,其它默認。結果如下圖 A-B 所示,設計的引物只能擴增出 UNG2。看上面的圖,把「Allow primer to amplify mRNA splice variants」這個選項給勾上,出現的結果如下圖-C 所示,新的引物也可以擴增出 UNG1(註:我試了一下,不能得到預期的結果,可能參數沒設對)。Figure. Primer-BLAST results for UNG transcript variant 2. The NCBI Reference sequence NM_080911 was used as a template. Top panel: Primers specific to the single splice variant are reported by default with the mRNA RefSeq database limited to human sequences. Bottom panel: Primers that amplify both splice variants are found with the option to allow splice variants.


1,在任何時候都要優先使用參考序列的 Gi 號或Accession 號(儘量不要 Fasta 格式的序列)。另外,確保你的序列是最新版本的(在填 Accession Number 時後面不加版本號就會自動拿最新的序列)2,就算你對整個序列的某部分感興趣(如某條染色體上的某個區域),你也應該優化使用 Gi號或 Accession  號(Primer-BLAST 有參數可以設置設計引物的範圍,」Form-To」,如上面的第一幅圖所示)。因為用 Gi 號或Accession 號,NCBI 會自動讀取該序列的一些注釋數據,對引物的設計更加有利。3,儘量使用沒有冗除的資料庫(如 refseq_rna  或 genome database),nr 資料庫包括了太多的冗除的序列,會干擾引物的設計。4,請指定一個或幾個 PCR 擴增的目標物種。如果不指定在所有的物種搜索,將會使程序變得很慢,引物的結果也會受其它不相關的物種影響。



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