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走进非编码RNA技术:探索 细胞的隐形力量
lncRNA:长链非编码RNA,英文名为longnoncodingRNAs,缩写为lncRNA,是一类转录本长度超过200nt的非编码序列,因其缺少有效开放阅读框而很少或不能编码蛋白质。lncRNA在表观遗传调控、细胞周期调控和细胞分化调控等多种生命过程中发挥重要作用。
miRNA:MicroRNA(miRNA)是一类由内源基因编码的长度约为19-25nt的非编码单链RNA分子,它们在动植物中参与转录后基因表达调控。miRNA与一种或多种信使RNA分子部分互补,其主要功能是以各种方式下调基因表达,包括翻译抑制、mRNA剪切和脱腺苷化。
circRNA:环状RNA(CircularRNA,缩写为CircRNA)是一类不具有5’端帽子和3’端poly(A)尾巴结构,并且以共价键形成环状分子结构的非编码RNA。CircRNA可作为miRNA海绵、转录调节剂以及与RNA结合蛋白的结合,在多种生物学功能中起着重要作用。
1、引物设计原则
lncRNA:①引物应在核酸序列保守区内设计并具有特异性;②引物长度一般在18-25碱基之间;③避免连续出现相同的核苷酸;④CG含量在45%-55%之间;⑤上下游引物Tm值差控制在5℃以内;⑥扩增产物长度在80-250bp。最长不要超过300bp;⑦引物内部或引物之间避免形成二级结构、发夹结构。
miRNA:①引物与模板的序列要紧密互补;②引物不能在模板的非目的位点引发DNA聚合反应;③引物与引物之间应避免形成稳定的二聚体或发夹结构;④引物的长度一般为15-30bp,常用的是18-27bp,但不应大于38bp,因为过长会导致其延伸温度大于74℃,不适于TaqDNA聚合酶进行反应;⑤引物序列的GC含量一般为40-60%,过高或过低都不利于引发反应,且上下游引物的GC含量不能相差太大。
circRNA:①对于外显子环化circRNA,引物跨剪切位点(backsplice)设计;②对于内含子环化circRNA,可跨剪切位点设计,也可围绕内含子区域设计引物;③扩增产物长度建议不超过100bp。
2、引物设计流程
lncRNA:在NCBI等数据库中查找目的基因序列(NCBI通常以NR开头)
进入序列信息页,点击右侧的“pick primers”:
遵循引物设计原则填写相关信息,开始检索:
选择特异性较高的引物进行后续实验:
miRNA:在miRBase等数据库中查找目的基因序列,采用茎环法设计反转录引物和用于qPCR检测的引物。
①反转录引物:通用的茎环序列+5~8个与目的miRNA的3’端反向互补的碱基;②qPCR检测正向引物:根据miRNA的序列设计,一般用除去3’端6个碱基的剩余部分。若GC含量较低,可在5’端增加G/C进行调增,使引物Tm值接近60℃;③qPCR检测反向引物:为通用引物,一般选取茎环结构中的一部分。
经典茎环序列为:5'-GTCGTATCCAGTGCAGGGTCCGAGGTATTCGCACTGGATACGAC-3'
以mmu-miR-124-5p为例设计引物,其成熟序列为CGUGUUCACAGCGGACCUUGAU,选择使用miRNA引物设计软件“miRNA Design”获得引物序列。

circRNA:在circBase数据库中找到目的基因序列,circRNA全长序列的尾部和头部各选取150-300bp,将3’端序列放置在5’序列之前,获得新的序列,将该序列导入引物设计软件(Primer Premier系列软件)进行引物设计(可背靠背或跨剪切位点进行设计)。设计好的上游引物序列在原始序列的尾部,下游引物在原始序列的头部。确保扩增产物包含剪切位点! 以mmu_circ_0000151为例设计引物,其基因序列为,绿色代表序列前端,蓝色代表序列后端:
经过处理后得到的新序列为:
将该序列引物设计软件(Primer Premier系列软件)进行引物设计。
引物设计后需要通过观察溶解曲线的峰形是否为单峰来判断引物是否具有特异性,更多引物设计相关知识可以联系奥创生物技术负责人沟通讨论
1.RNA提取
匀浆并裂解样本
加入裂解液,匀浆并裂解样本
各相分离
加入氯仿,使裂解液分层,下层有机相、中间层、上层水相
RNAR沉淀
加入有机溶剂使RNA沉淀
RNA洗涤
使用75%无水乙醇洗涤沉淀,目的是洗去有机溶剂
RNA再溶解
用无RNA酶溶解RNA
RNA浓度测定
纯 RNA的A260/A280比值为2.0;A260/A230比值为 1.8-2.2
2.反转录
基因组DNA的去除——反转录酶选择——引物选择(Oligo(dT)引物、随机引物、基因特异性引物)——主要反应组分——反转录反应及其主要组分——反应温度和反应时间(引物退火、DNA聚合、酶失活)——第一链和第二链cDNA合成
反转录程序:37℃ 15min,60℃ 10min,95℃ 3min
注:反应温度和持续时间因选择的引物、目标RNA和使用的反转录酶而异。
如何选择适宜的引物?

①Oligo(dT)引物由12-18个脱氧胸腺核苷酸组成,可与真核mRNA的poly(A)尾退火。由于Oligo(dT)引物对poly(A)尾的特异性,其不适用于降解的RNA,也不适用于缺少poly(A)尾的RNA,如原核生物RNA和miRNA。
②随机引物是具有随机碱基序列的寡核苷酸,通常由6个核苷酸组成,被称为随机六聚体、N6或dN6。由于随机引物的随机结合(即没有模板特异性),其可以退火到样本中的任何类型RNA。因此,这些引物被认为可以用于无poly(A)尾结构(如rRNA、tRNA、非编码RNA、小RNA、原核mRNA)的RNA、降解RNA(如来自FFPE组织的RNA)和具有已知二级结构的RNA(如病毒基因组)的反转录。
③基因特异性引物可提供特异性最强的反转录引物配对。这些引物是根据目标RNA的已知序列进行设计的。由于引物与特异性RNA序列结合,每个目标RNA都需要一套新的基因特异性引物。因此,当对多种目标进行分析时,则需要使用更多的RNA样本。通常研究miRNA用基因特异性引物。
根据化学发光原理可以分为:SYBR染料法、TaqMan探针法。
SYBR染料法利用SYBR Green I分子的特点,SYBR Green I是一种结合于所有双链DNA(dsDNA)双螺旋小沟区域的具有绿色激发波长的染料。SYBR Green I只有和双链DNA结合后才发荧光,游离的染料分子不发光,在新合成链延伸过程中SYBR Green I掺入双链中,变性时DNA双链解开,SYBR Green I游离出来,无荧光。
TaqMan探针法核心是探针分子,TaqMan探针是单链DNA,5’端偶联发光基团,3’端偶联淬灭基团,游离的完整探针是检测不到荧光信号的,发光基团发出的荧光会被淬灭基团吸收淬灭,探针被水解,发光基团和淬灭基团远离就可以检测到荧光信号。
qPCR程序:
Ct值代表了达到一定荧光强度对应的循环次数,这是在跑荧光定量PCR的时候,根据设定的荧光检测阈值,机器在检测到一定的荧光强度后,对应的循环次数。例如Ct=19,说明这产物扩张到第19个循环的时候才达到了设定的荧光阈值,也就可以侧面反映这个PCR原始模板的起始浓度,浓度越高,在达到一定荧光强度时的循环次数越低,则Ct值越低。

Delta(△):意思是两个值之差:
△Ct =Ct(目的基因)-Ct(管家/内参基因)
△△Ct =△Ct(处理过的样品)-△Ct(未处理的空白样品)
最后再取△△Ct负数的指数函数,即为该样本基因的相对表达量

相对表达量=2–∆∆Ct
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