2.3 RT-PCR的引物設計
RT-PCR引物設計和一般PCR引物設計可以遵循同樣的原則。細心地進行引物設計是PCR中最重要的一步。理想的引物對只同目的序列兩側的單一序列而非其他序列退火。設計糟糕的引物可能會同擴增其他的非目的序列。設計理想的引物都有以下共同的特點,而設計失敗的引物則各有各的缺點:
* 典型的引物18到24個核苷長。引物需要足夠長,保證序列獨特性,并降低序列存在于非目的序列位點的可能性。但是長度大于24核苷的引物并不意味著更高的特異性。較長的序列可能會與錯誤配對序列雜交,降低了特異性,而且比短序列雜交慢,從而降低了產量。
* 選擇GC含量為40%到60%或GC含量反映模板GC含量的引物。
* 設計5'端和中間區為G或C的引物。這會增加引物的穩定性和引物同目的序列雜交的穩定性。
* 避免引物對3'末端存在互補序列,這會形成引物二聚體,抑制擴增。
* 避免3'末端富含GC。設計引物時保證在最后5個核苷中含有3個A或T。
* 避免3'末端的錯誤配對。3'端核苷需要同模板退火以供聚合酶催化延伸。
* 避免存在可能會產生內部二級結構的序列,這會破壞引物退火穩定性。
目的序列上并不存在的附加序列,如限制位點和啟動子序列,可以加入到引物5'端而不影響特異性。當計算引物Tm值時并不包括這些序列,但是應該對其進行互補性和內部二級結構的檢測。
引物的穩定性依賴于儲存條件。應將干粉和溶解的引物儲存在-20℃。以大于10μM濃度溶于TE的引物在-20℃可以穩定保存6個月,但在室溫(15℃到30℃)僅能保存不到1 周。干粉引物可以在-20℃保存至少1年,在室溫(15℃到30℃)最多可以保存2個月。
2.4 引物退火溫度
引物的另一個重要參數是熔解溫度(Tm)。這是當50%的引物和互補序列表現為雙鏈DNA分子時的溫度。Tm對于設定PCR退火溫度是必需的。在理想狀態下,退火溫度足夠低,以保證引物同目的序列有效退火,同時還要足夠高,以減少非特異性結合。合理的退火溫度從55℃到70℃。退火溫度一般設定比引物的Tm低 5℃。
根據所使用的公式及引物序列的不同,Tm會差異很大。因為大部分公式提供一個估算的Tm值,所有退火溫度只是一個起始點。可以通過分析幾個逐步提高退火溫度的反應以提高特異性。開始低于估算的Tm
5℃,以2℃為增量,逐步提高退火溫度。較高的退火溫度會減少引物二聚體和非特異性產物的形成。為獲得最佳結果,兩個引物應具有近似的Tm值。引物對的
Tm差異如果超過5℃,就會由于在循環中使用較低的退火溫度而表現出明顯的錯誤起始。如果兩個引物Tm不同,將退火溫度設定為比最低的Tm低5℃。或者為了提高特異性,可以在根據較高Tm設計的退火溫度先進行5個循環,然后再根據較低Tm設計的退火溫度進行剩余的循環。這使得在較為嚴謹的條件下可以獲得目的模板的部分拷貝。
2.5 提高逆轉錄保溫溫度
較高的保溫溫度有助于RNA二級結構的打開,增加了反應的產量。對于多數RNA模板,在沒有緩沖液或鹽的條件下,將RNA和引物在65℃保溫,然后迅速置于冰上冷卻,可以消除大多數二級結構,從而使引物可以結合。然而某些模板仍然會存在二級結構,即使熱變性后也是如此。較高的保溫溫度也可以增加特異性,尤其是當使用基因特異性引物(GSP)進行cDNA合成時。如果使用GSP,確保引物的Tm值與預計的保溫溫度相同。不要在高于60℃時使用oligo(dT)和隨機引物。隨機引物需要在增加到60℃前在25℃保溫10分鐘。除了使用較高的逆轉錄溫度外,還可以通過直接將RNA/引物混合物從65℃變性溫度轉到逆轉錄保溫溫度,并加入預熱的2×的反應混合物提高特異性(cDNA熱啟動合成)。這種方法有助于防止較低溫度時所發生的分子間堿基配對。使用PCR儀可以簡化RT-PCR所需的多種溫度切換。
2.6 促進逆轉錄的添加劑
包括甘油和DMSO在內的添加劑加到第一鏈合成反應中,可以減低核酸雙鏈的穩定并解開RNA二級結構,最多可以加入 20%的甘油或10%的DMSO而不影響或MMLV的活性。AMV也可以耐受最多20%的甘油而不降低活性。為了在逆轉錄反應中最大限度提高RT-PCR 的靈敏度,可以加入10%的甘油并在45℃保溫。如果1/10的逆轉錄反應產物加入到PCR中,那甘油在擴增反應中的濃度為0.4%,這不足以抑制 PCR。
在逆轉錄反應中經常加入RNase抑制劑以增加cDNA合成的長度和產量。RNase抑制劑要在第一鏈合成反應中,在緩沖液和還原劑(如DTT)存在的條件下加入,因為cDNA合成前的過程會使抑制劑變性,從而釋放結合的可以降解RNA的RNase。蛋白RNase抑制劑僅防止 RNase A,B,C對RNA的降解,并不能防止皮膚上的RNase,因此盡管使用了這些抑制劑,也要小心不要從手指上引入RNase。
使用無RNaseH活性(RNaseH-)的逆轉錄酶:逆轉錄酶催化RNA轉化成cDNA,不管是M-MLV還是AMV,在本身的聚合酶活性之外,都具有內源RNaseH活性。RNaseH活性同聚合酶活性相互競爭RNA模板與DNA引物或cDNA延伸鏈間形成的雜合鏈,并降解RNA:DNA復合物中的 RNA鏈。被RNaseH活性所降解的RNA模板不能再作為合成cDNA的有效底物,降低了cDNA合成的產量和長度。因此消除或大大降低逆轉錄酶的 RNaseH活性將會大有裨益。RNaseH-的MMLV逆轉錄酶及RNaseH-的AMV,比MMLV和AMV能得到更多量和更多全長。RT-PCR靈敏度會受cDNA合成量的影響。RT-PCR產物的大小受限于逆轉錄酶合成cDNA的能力,尤其是克隆較大的cDNA時。RNaseH-的逆轉錄酶可以顯著提高長RT-PCR產物的產量,同時增加了熱穩定性,所以反應可以在高于正常的 37-42℃的溫度下進行。
2.7 RNaseH處理
在PCR之前使用RNaseH處理cDNA合成反應可以提高靈敏度。對于某些模板,據認為cDNA合成反應中的RNA會阻止擴增產物的結合,在這種情況下,RNaseH處理可以增加靈敏度。一般當擴增較長的全長 cDNA目標模板時,RNaseH處理是必需的,比如低拷貝的。對這種困難模板,RNaseH的處理加強了或AMV合成的cDNA所產生的信號。對于多數 RT-PCR反應,RNaseH處理是可選的,因為95℃保溫的PCR變性步驟一般會將RNA:DNA復合物中的RNA水解掉。