常用生物軟件軟件及引物設(shè)計(jì)總結(jié)第1頁/共50頁一、管理實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)及文獻(xiàn)資料查閱實(shí)驗(yàn)相關(guān)文獻(xiàn),以便對自己所要做課題的最新進(jìn)展有一個基本的了解，從而確定自己的實(shí)驗(yàn)策略；同時，方便實(shí)驗(yàn)室結(jié)果的儲存，管理和申報工作。常用軟件：1、ReferenceManager（可以在線通過查找關(guān)鍵詞搜索PubMed等多個數(shù)據(jù)庫中的專業(yè)資料,同時保存查找的資料為本地文件。）2、Endnote（一個在線專業(yè)資料查找系統(tǒng),可以保存查找資料,并在文章中對引用格式化.）3、醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)王（特長在中文期刊的系統(tǒng)化，也支持外文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫）第2頁/共50頁二、分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和公共數(shù)據(jù)隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，就必須對實(shí)驗(yàn)過程中的DNA、RNA和蛋白質(zhì)的信息進(jìn)行各種處理，包括限制酶分析、引物設(shè)計(jì)、同源序列比較、質(zhì)粒作圖、結(jié)構(gòu)域(motif)查找、RNA二級結(jié)構(gòu)預(yù)測、蛋白二級結(jié)構(gòu)分析、三維結(jié)構(gòu)顯示等方面的內(nèi)容。第3頁/共50頁1、限制酶分析推薦軟件：DNAssist1.0大多軟件只對線性序列進(jìn)行分析，那么cNNNNN………NNNgaatt環(huán)狀的序列就找不到EcoRI的位點(diǎn)，DNAssist1.0能很容易把這個EcoRI位點(diǎn)找出來。另外DNAssist在輸出上非常完美，除了圖形、線性顯示外，還有類似DNASIS的列表方式，列出所有的位點(diǎn)（按酶排列，按堿基順序排列）另外，VectorNTI亦是一選擇第4頁/共50頁2、引物設(shè)計(jì)Oligo6（引物評價）*PrimerPremier（自動搜索）*VectorNTISuit（綜合分析）PrimerExpress(實(shí)時定量PCR引物和探針設(shè)計(jì))OmigaDnastarPrimer3（在線服務(wù)）*第5頁/共50頁3、同源序列比較NCBI的BLAST;ExPASy的AlignmentGeneDoc3.2ClustalXVectorNTIOmiga，Bioxm，LaserGene，pcgene等第6頁/共50頁4、質(zhì)粒作圖GeneConstructionKit

WinPlas2.7PlasmidPremier2.02

PlasmidToolkit第7頁/共50頁5、結(jié)構(gòu)域(motif)查找推薦軟件：PrimerPremier5.0PrimerPremier5.0的結(jié)構(gòu)域查找功能與它的引物設(shè)計(jì)一樣強(qiáng)，結(jié)果能以圖形、表格、序列三種方式輸出。同時還提供了一些未知的結(jié)構(gòu)域的列表；當(dāng)然軟件本身也提供了大量的已知結(jié)構(gòu)域的序列。

第8頁/共50頁6、RNA二級結(jié)構(gòu)預(yù)測

RNAdraw

RNAStructure第9頁/共50頁7、

蛋白分析軟件二級結(jié)構(gòu)分析：Antheprot4.5

三維結(jié)構(gòu)顯示：RasMol

Cn3D

第10頁/共50頁8、格式轉(zhuǎn)換各種軟件為了自己軟件的需要有不同的格式，對我們使用數(shù)據(jù)帶來了困難；格式轉(zhuǎn)換軟件能幫助用戶解決這一問題。推薦軟件：Seqverter1.3使用簡單，填寫輸入文件和輸出文件名就可以完成格式轉(zhuǎn)換。而且能夠轉(zhuǎn)換的格式非常之多是其它軟件所無法比擬的。另外，它可在線升級以讀寫更多格式文件。第11頁/共50頁9、電泳圖譜分析推薦軟件：bandleader3.0

提供處理DNA或蛋白分子凝膠電泳圖象和從凝膠電泳圖象獲得相關(guān)數(shù)據(jù)的工具。它可以對電泳圖譜進(jìn)行半定量分析，識別掃描得到的WINDOWS圖象格式.BMP，是一個難得的好軟件。

第12頁/共50頁10、序列綜合分析軟件pcgeneBioEditLaserGeneDNASISDNAToolsDNAclubJellyfishOmigaVectorNTISuite（Bioxm）第13頁/共50頁三、應(yīng)用實(shí)例-----------PCR引物設(shè)計(jì)及相關(guān)軟件使用→←SenseprimerAntisenseprimer選擇模板序列保守區(qū)域第14頁/共50頁1、引物設(shè)計(jì)原則引物長度堿基分布的均衡性Tm值引物二級結(jié)構(gòu)引物3’端引物5’端引物的內(nèi)部穩(wěn)定性自由能分布第15頁/共50頁概述第16頁/共50頁引物長度一般引物的長度為15-30bp，常用的長度為18-21bp。過長或過短都不合適，為過長會導(dǎo)致其延伸溫度大于74℃，不適于TaqDNA聚合酶進(jìn)行反應(yīng)，長度大于24核苷的引物并不意味著更高的特異性，而且比短序列雜交慢，從而降低了產(chǎn)量。引物過短會引起錯配現(xiàn)象，一般來說引物長度大于16bp是必要的（18bp的序列在人類基因組中只會出現(xiàn)一次）。決定引物退火溫度（Tm值）最重要的因素就是引物的長度Tm=（g+C）*4+（a+T）*2第17頁/共50頁同一堿基連續(xù)出現(xiàn)不應(yīng)超過5個GC含量一般40-60%，以45-55％為宜GC含量太低導(dǎo)致引物Tm值較低，使用較低的退火溫度不利于提高PCR的特異性GC含量太高也易于引發(fā)非特異擴(kuò)增。堿基分布的均衡性有一些模板本身的GC含量偏低或偏高，導(dǎo)致引物的GC含量不能在上述范圍內(nèi)，這時應(yīng)盡量使上下游引物的GC含量以及Tm值保持接近（上下游引物的GC含量不能相差太大），以有利于退火溫度的選擇。第18頁/共50頁引物Tm值一般要求：55℃-65℃。應(yīng)盡可能保證上下游引物Tm值一致，一般差異控制在2℃以內(nèi)。（引物的退火溫度相差小于5℃一般不會影響PCR的產(chǎn)率，理想情況下一對引物的退火溫度是一樣的，可以在55℃～80℃間變化，有說接近72℃為最佳）上下游引物Tm值與產(chǎn)物Tm值一般應(yīng)控制在20℃以內(nèi)。一般采用較低引物Tm值-5℃作為PCR退火溫度。一對引物的GC含量和Tm值應(yīng)該協(xié)調(diào)。若是引物存在嚴(yán)重的GC傾向或AT傾向則可以在引物5’端加適量的A、T或G、C尾巴。若G+C含量太低，可在5'端加上一些G或C，若G＋C含量太高，可在5'端加上一些A或T。第19頁/共50頁引物二級結(jié)構(gòu)引物二聚體（引物間不應(yīng)多于4個連續(xù)堿基的同源性或互補(bǔ)性

）盡可能避免兩個引物分子之間3’端有有較多堿基互補(bǔ)發(fā)夾結(jié)構(gòu)（引物自身連續(xù)互補(bǔ)堿基不能大于3bp）尤其是要避免引物3’端形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，否則將嚴(yán)重影響DNA聚合酶的延伸。（兩項(xiàng)結(jié)構(gòu)的能值以不超過4.5為好，引物中間或5’端可適當(dāng)放寬）兩引物之間不應(yīng)該存在互補(bǔ)性，尤應(yīng)避免3′端的互補(bǔ)重疊以防引物二聚體的形成。一般情況下，一對引物間不應(yīng)多于4個連續(xù)堿基的同源性或互補(bǔ)性。第20頁/共50頁引物3’端引物的延伸從3’端開始，因此3’端的幾個堿基與模板DNA均需嚴(yán)格配對，不能進(jìn)行任何修飾，否則不能進(jìn)行有效的延伸，甚至導(dǎo)致PCR擴(kuò)增完全失敗。引物3’端的堿基一般不用A（3’端堿基序列最好是G、C、CG、GC）。另外引物間3’端的互補(bǔ)、二聚體或發(fā)夾結(jié)構(gòu)也可能導(dǎo)致PCR反應(yīng)失敗。3’端的連續(xù)3個G或C，如GGG或CCC，會導(dǎo)致引物在G+C富集序列區(qū)錯誤引發(fā)第21頁/共50頁引物5’端引物5’端可以有與模板DNA不配對堿基（對PCR影響不大），常在5’端引入修飾位點(diǎn)或標(biāo)記物。5’端加上限制性核酸內(nèi)切酶位點(diǎn)序列（酶切位點(diǎn)5’端加上適當(dāng)數(shù)量的保護(hù)堿基）。5’端的某一位點(diǎn)修改某個堿基，人為地在產(chǎn)物中引入該位點(diǎn)的點(diǎn)突變以作研究。5’端標(biāo)記放射性元素或非放射性物質(zhì)（如生物素、地高辛等）。雙酶切位點(diǎn)，有利于定向克隆，2-3個保護(hù)堿基，一般加CG。計(jì)算引物Tm值時并不包括這些序列，但是應(yīng)該對其進(jìn)行互補(bǔ)性和內(nèi)部二級結(jié)構(gòu)的檢測。第22頁/共50頁引物的內(nèi)部穩(wěn)定性過去認(rèn)為，引物3’端應(yīng)牢牢結(jié)合在模板上才能有效地進(jìn)行延伸，故3’端最好為G或C?，F(xiàn)在的觀點(diǎn)認(rèn)為，引物的5’端應(yīng)是相對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而3’端在堿基配對的情況下最好為低穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)，即3’端盡可能選用A或T（有說不適宜用A），少用G或C。若模板不很清楚，引物3’端最后一個堿基最好為T，其次是G或C，而不選A，國外資料表明，當(dāng)末位為T時，即使在錯配的情況下也能引發(fā)鏈的合成，而末位為A時，錯配時引發(fā)大大降低，G或C居中，可見，模板很清楚時選A可以提高特異性。第23頁/共50頁自由能分布?G值是指DNA雙鏈形成所需的自由能，該值反映了雙鏈結(jié)構(gòu)內(nèi)部堿基對的相對穩(wěn)定性（結(jié)合的強(qiáng)弱程度）。一般情況下，引物的ΔG值最好呈正弦曲線形狀，即5’端和中間ΔG值較高，而3’端ΔG值相對較低，且不要超過9（絕對值，一般考慮末端5個堿基的ΔG。此值的大小對擴(kuò)增有較大的影響，負(fù)值大，則3’末端穩(wěn)定性高，擴(kuò)增效率更高，同時也更易于異位引發(fā)。因此在復(fù)雜模板的擴(kuò)增體系中，3’末端5聚體的ΔG應(yīng)大于-9.0kcal/mol），如此則有利于正確引發(fā)反應(yīng)而可防止錯誤引發(fā)。引物的3’端的?G值過高，容易在錯配位點(diǎn)形成雙鏈結(jié)構(gòu)并引發(fā)DNA聚合反應(yīng)。（能值越高越容易結(jié)合）3′末端雙鏈的ΔG是0～－2kcal/mol時，PCR產(chǎn)量幾乎達(dá)到百分之百，隨著其絕對值的增加產(chǎn)量逐漸下降，在－6時只有40%、到－8時少于20%、而－10時接近于0。第24頁/共50頁引發(fā)效率（引物唯一性）選用的引物序列就應(yīng)當(dāng)是唯一的，即在模板中沒有重復(fù)序列好的設(shè)計(jì)工具會提供一個引物異位引發(fā)的評價指標(biāo)，如Oligo6.0的falseprimingefficiency，即異位引發(fā)效率，這個值是由程序根據(jù)引物自身二級結(jié)構(gòu)的能量、錯配的類型、錯配離3'末端的距離等因素綜合計(jì)算而得出，當(dāng)此值大于200時便很有可能引發(fā)擴(kuò)增。如所用工具無量化指標(biāo)，則可依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)引物與模板在非預(yù)期位置退火，超過70%的堿基能互補(bǔ)配對，或引物3’末端連續(xù)8個或以上堿基配對，則認(rèn)為有引發(fā)的可能。第25頁/共50頁2、具體引物設(shè)計(jì)過程一般引物設(shè)計(jì)測序引物設(shè)計(jì)5’端引入限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)或標(biāo)記引物設(shè)計(jì)簡并引物設(shè)計(jì)特殊需求引物設(shè)計(jì)第26頁/共50頁參數(shù)設(shè)置默認(rèn)引物長度-默認(rèn)值為25引物對搜索最大值-默認(rèn)值為100核酸濃度-默認(rèn)值為250pM單價離子濃度-默認(rèn)值為50mM游離Mg2+離子濃度-默認(rèn)值為1.5mM評分參數(shù)Ratingparameters

評分參數(shù)窗口是用來設(shè)定二級結(jié)構(gòu)在引物評分中的權(quán)重系數(shù)二級結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定引物評分就會越低相對于在引物中間形成的二級結(jié)構(gòu)來說3末端的二級結(jié)構(gòu)對PCR擴(kuò)增的影響會更大為了將這一效應(yīng)計(jì)算在內(nèi)軟件將3末端的二級結(jié)構(gòu)的自由能數(shù)值G減去1這一修正會使3末端的二級結(jié)構(gòu)顯得更加穩(wěn)定(1)Primerpremier5.0使用介紹第27頁/共50頁參數(shù)設(shè)置第28頁/共50頁序列獲取及同源性比較比對軟件和方式多，這里演示下Omiga，和primer第29頁/共50頁載入序列PreimerPremier啟動界面Loadsequence第30頁/共50頁粘貼序列窗口這一窗口使得一段核酸序列通過選擇以四種不同的方式粘貼上去（CTRL-V）第31頁/共50頁基本信息SequencenameOriginalsequenceUsethesetwobuttontotranslatetheDNAseqtoaproteinseqoraproteinseqtoaDANseq8種密碼子偏好Chooseafunction第32頁/共50頁引物設(shè)計(jì)界面FirstyoucandesigntheprimermanuallySensestrandoranti-sensestrandUsefulinformationoftheprimer第33頁/共50頁引物搜索選項(xiàng)設(shè)定引物類型搜索模式5’引物位置范圍3’引物位置范圍產(chǎn)物大小范圍引物長度第34頁/共50頁引物手動搜索選項(xiàng)設(shè)定第35頁/共50頁搜索結(jié)果28對引物引物分值100分為滿分每對引物的信息雙擊選中一對引物第36頁/共50頁引物信息回到主窗口引物及產(chǎn)物信息是否出現(xiàn)hairpin,dimer,falseprimingandcrossdimer第37頁/共50頁引物編輯第38頁/共