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Home > Learning center > PCR > 자주 묻는 질문 > Primer 디자인

Primer 디자인

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Q1. Primer 디자인 시 가장 고려해야 할 요소는 무엇인가요?

Primer 디자인은 PCR 반응의 성패를 결정하는 가장 중요한 요소 중 하나입니다.
반응 특이성과 증폭효율, 두 가지 포인트에 따라 고려해 볼 수 있습니다.

  • 반응 특이성 (specificity) : mispriming 현상의 발생정도에 따라 결정되며 반응 특이성이 낮은 primer는 원치 않는 증폭산물을 발생시키는 경향이 있습니다.
  • 증폭 효율 (efficiency) : Primer가 이론상 최적값인 cycle 당 2배로 타겟을 잘 증폭하는지 그 능력에 따라 결정됩니다.

[참조 - Primer 디자인을 위한 가이드라인]

가이드라인

길이

약 24~25 mer가 적당하며, melting 온도 (Tm) 조정이 필요한 경우 21~28 mer 사이로 조절한다.

GC content

GC content (전체 primer 염기 수 중 G와 C 염기의 비중) 는 40~60% 로 한다.

3’ end

Primer의 길이가 짧을 경우, 3’ 말단은 4개의 G 또는 C 염기로 구성한다 (염기가 ‘clamping’ 효과를 제공함).

특히, cDNA나 gDNA를 증폭하는 universal primer의 경우, 이러한 염기 배치가 유용할 수 있다.

단, gene-specific primer는 이러한 염기의 추가로 비특이적인 priming 현상이 증가할 수 있다.

Tm

가능하다면 디자인된 primer의 melting 온도는 68~70℃로 맞춘다. 그렇지 않은 경우, ‘touchdown PCR’, ‘2 step-PCR’ 등을 통해 primer의 반응 특이성을 증가시킬 수 있다.

서열 특이성

Primer는 반드시 타겟 유전자에 특이적이어야 하며, 디자인전에BLAST 등을 통해 유사서열이 있는지 확인한다.  

PCR 증폭 수율은 PCR primer의 3’ hexamer에 의존적인 경우가 있고, primer 간에 강력하게 결합한다면 증폭효율이 낮아진다.


피해야 하는 조건

반복서열

Primer 서열 내에서 두 개 염기가 반복되는 패턴은 최대 4개까지만 가능 (e.g. ATATATAT)

반응 (runs)

하나의 염기 (3개 이상) 를 길게 배열하지 말 것.

Primer slippage로 mispriming 을 유발할 수 있다.

3’ 말단의 상보성

Forward primer와 reverse primer는 서로 결합하지 않아야 하고, 따라서 상보적인 G, C 구간이 (연속 4개 이상) 없어야 한다.

3’ 말단의 자기 상보성

(self-complementary)

자기 상보성 (self-complementary; e.g. forward primer 서열 내에)은 hairpin 구조를 형성할 수 있다. Stem 부분에 네 개의 G/C 염기와 loop 구조 내의 3개 염기만으로도 hairpin 구조가 형성될 수 있다.


Q2. Primer의 melting temperature (Tm)은 어떻게 결정하나요?
Primer의 melting temperature (Tm)값으로 DNA-DNA hybrid의 안정성을 체크할 수 있습니다. Primer 디자인은 PCR 반응의 성패를 결정하는 가장 중요한 요소 중 하나로, 대략적인 annealing 온도 (Ta)를 결정하는데 중요한 역할을 합니다. Annealing 온도가 너무 낮으면 비특이적인 증폭산물이 형성될 수 있습니다.

Primer가 20 bp보다 짧은 경우, Wallace 법에 따라 Tm값을 계산합니다.
Tm = 2℃ (A+T) + 4℃ (G+C)

20 bp 보다 긴 primer의 Tm값은 Primer3 등과 같은 무료 소프트웨어를 사용해 확인하는 것을 권장합니다.

Q3. PCR을 위한 primer의 사용 농도는 어떻게 되나요?
각 primer의 최종 농도는 0.1~0.5 μM이 되어야 하며, 일반적으로 primer의 stock solution 농도는 10~20 μM입니다.

  • 10 kb 이하의 PCR 산물을 증폭하기 위해서는 2 μM의 primer 사용을 권장합니다.
  • ~17 kb 정도의 긴 타겟을 증폭하는 경우, primer 농도를 1 μM 까지 높일 수 있습니다.
  • 증폭수율이 높은 (high-yield) PCR 효소를 사용할 경우, 0.4 μM의 primer 사용을 권장합니다. 

Primer를 과량 사용하면 mispriming 가능성이 높아져 비특이적인 증폭산물이 발생할 수 있고, primer 농도가 너무 낮으면 증폭효율이 감소할 수 있습니다.

Q4. PCR을 위한 primer는 어떤 정제방법을 적용해야 하나요?
일반적인 방법으로 desalting 한 primer 라면 대부분의 PCR 실험에 적합하게 사용할 수 있습니다.

Q5. Inosine이 포함된 primer를 이용하는 경우의 주의해야 할 점은 무엇인가요?
Inosine이 포함된 primer는 TaKaRa Taq™ 또는 TaKaRa Taq™ Hot Start Version 와 사용할 수 있습니다.

Inosine이 포함된 primer는 3’ -> 5’ exonuclease 활성이 있는 PCR 효소와 함께 사용할 수 없습니다.
Takara Taq 계열의 PCR 효소와 함께 degenerate PCR을 진행한다면, inosine이 포함된 primer 대신 해당 위치에 A, T, G, C 가 포함된 degenerate primer mixture를 함께 사용하는 것을 권장합니다.