1、引物探針的位置
引物探針的設計原則中,最重要的是要避免假陰性(漏檢),同時保證特異性(避免假陽性),所以要選擇組內(需要檢出的序列)保守(即盡量避開突變或采用簡并序列)、組間(對照序列)特異的區域。此外,為了獲得最佳的擴增效果,還應盡量滿足表1中的基本要求。
用SARS和蝙蝠CoV的N基因序列作為對照,對新型冠狀病毒的N基因序列排序,從圖1、2、3中可見,在美國CDC的設計中,除了第二套的上游引物不特異外,其余探針和引物的位置都是選擇了組內保守組間特異的區域。第二套的探針和下游引物都是在特異的區域,所以也不會產生非特異的擴增。

圖1:美國CDC 2019-nCoV 第一套引物探針位置

圖2:美國CDC 2019-nCoV 第二套引物探針位置

圖3:美國CDC 2019-nCoV 第三套引物探針位置
第三套設計的探針N3P對2019-nCoV不特異(可同時結合到蝙蝠CoV),5’端第二個位置設置為Y即T/C簡并,恰恰不能區分新型冠狀病毒、蝙蝠冠狀病毒和SARS病毒。但是上下游引物均為2019-nCoV特異,可能不會產生非特異性(假陽性)擴增。
2、Tm值
Taqman探針法熒光PCR通常采用二步法,即在94℃左右變性,60℃退火和延伸。所以,通常引物的Tm值設計在60±2℃,探針在70±2℃。

圖4: 美國第一套設計的Tm值

圖5:USCDC N基因第二套Tm值

圖6a: USCDC N基因第三套Tm值,探針5’端第二個序列為C

圖6b: USCDC N基因第三套Tm值,探針5’端第二個序列為T
從圖4、5、6中可見,這三套設計中的Tm值基本符合表1中的要求。第三套的探針N3P 5’端第二個序列設計為Y(T/C簡并),此處為C時(圖6a),探針N3P的Tm值略高,但通過優化應該不會成為主要問題。
3、引物和探針的發夾結構
穩定的二級結構(二聚體或發夾)降低引物探針利用效率的重要因素,特別是探針的發夾,容易造成探針利用率降低,從而使熒光信號偏低,影響檢測靈敏度。通常應控制發夾的dG≥-1.0 (注:dG是一個用于衡量裂解二聚體或發夾所需要能量的參數,二級結構越穩定,裂解所需的能量越多,dG越小)。
采用DNA Star軟件對美國CDC設計的三套引物探針的發夾結構進行分析,結果(圖7)發現,第一套的下游引物N1R具有一個穩定的發夾結構(dG=-2.3kc/m),第三套的探針N3P具有一個稍微穩定的發夾結構(dG=-1.3kc/m),其余引物和探針均沒有穩定的發夾。

圖7:USCDC引物和探針的發夾結構