EMSA探針設計指南：從結合位點預測到特異性探針設計
在做完篩選或大片段互作實驗后，若需進一步精確定位蛋白質與DNA的具體結合位點，EMSA實驗往往是理想選擇。但實際操作中，面對探針設計、結合位點預測等問題，是否會感到有些無從下手？別擔心，今天我們就手把手拆解 EMSA 實驗中的探針設計要點，幫你輕松突破這一難關。
EMSA實驗原理
EMSA，中文全稱為電泳遷移率實驗，也被稱為凝膠阻滯實驗，是研究蛋白質與核酸相互作用的一種經典體外實驗技術。其核心原理在于：標記后的核酸探針（常用生物素）與對應結合蛋白特異性結合后，會形成分子量更大的“蛋白質-核酸復合物”；由于該復合物在凝膠中的遷移速度遠慢于游離探針，因此在凝膠上會表現為條帶的“滯后”或“阻滯”現象，若為生物素標記探針，可通過化學發光法顯影；若為放射性或熒光標記，則需對應采用放射自顯影或熒光成像檢測，最終通過條帶判斷結合是否發生。這一特性使得EMSA成為檢測蛋白質與核酸結合的有效工具。
已知核心結合位點預測
預測目標蛋白的DNA結合位點時，可通過文獻資源明確目標蛋白的保守DNA結合結構域、已知結合基序等先驗信息，并結合專業數據庫提升預測準確性。本文推薦使用JASPAR數據庫（收錄大量實驗驗證的轉錄因子結合基序，支持家族特異性篩選）進行預測。以植物NAC轉錄因子家族家族為例，可先通過文獻確認NAC家族的保守結合基序（如核心序列CACG），再在JASPAR中篩選NAC家族的代表性motif，進而對特定NAC亞型的DNA結合位點進行預測。
JASPAR數據庫鏈接：https://jaspar.elixir.no/，使用JASPAR數據庫預測蛋白的結合序列具體操作步驟如下：
EMSA實驗原理
EMSA，中文全稱為電泳遷移率實驗，也被稱為凝膠阻滯實驗，是研究蛋白質與核酸相互作用的一種經典體外實驗技術。其核心原理在于：標記后的核酸探針（常用生物素）與對應結合蛋白特異性結合后，會形成分子量更大的“蛋白質-核酸復合物”；由于該復合物在凝膠中的遷移速度遠慢于游離探針，因此在凝膠上會表現為條帶的“滯后”或“阻滯”現象，若為生物素標記探針，可通過化學發光法顯影；若為放射性或熒光標記，則需對應采用放射自顯影或熒光成像檢測，最終通過條帶判斷結合是否發生。這一特性使得EMSA成為檢測蛋白質與核酸結合的有效工具。
已知核心結合位點預測
預測目標蛋白的DNA結合位點時，可通過文獻資源明確目標蛋白的保守DNA結合結構域、已知結合基序等先驗信息，并結合專業數據庫提升預測準確性。本文推薦使用JASPAR數據庫（收錄大量實驗驗證的轉錄因子結合基序，支持家族特異性篩選）進行預測。以植物NAC轉錄因子家族家族為例，可先通過文獻確認NAC家族的保守結合基序（如核心序列CACG），再在JASPAR中篩選NAC家族的代表性motif，進而對特定NAC亞型的DNA結合位點進行預測。
JASPAR數據庫鏈接：https://jaspar.elixir.no/，使用JASPAR數據庫預測蛋白的結合序列具體操作步驟如下：
1.搜索轉錄因子家族：在JASPAR網站的搜索欄中輸入目標轉錄因子家族名稱“NAC”，點擊搜索。
2.選擇motif：從搜索結果中挑選出感興趣的motif，點擊“Add to cart”，完成后點擊“View cart”進入分析界面。
3.輸入序列，設置參數：在紅框區域輸入待測序列（常見為基因轉錄起始位點TSS上游2000bp的啟動子區域，可含TSS下游200-500bp），需為標準fasta格式，匹配閾值默認是80%，該值代表預測結合位點與數據庫中已知motif的序列相似性閾值，若需提高預測的嚴格性，可將閾值調整為85%，設置完成后點擊“Scan”啟動分析。
4.解讀結果：
分析結果中，需重點關注兩項核心信息：
相對評估值（Relative Score）：代表預測結合位點與目標 motif（基序）最優匹配序列的相似性百分比（0-100%），評分越高，序列匹配度越強；
預測的位點（Predicted sequence）：即預測的轉錄因子結合序列，需結合其標注的鏈方向（strand）處理，若標注為負鏈（strand：-），需對該序列進行 “反向互補”；
將處理后的預測序列（正鏈直接用，負鏈反向互補后用）在原始序列fasta序列中檢索，即可確定結合位點的具體坐標，完成預測。
小技巧：如果數據過多，可通過“Filter“功能縮小范圍：輸入已確認的保守結合序列即可。
分析結果中，需重點關注兩項核心信息：
相對評估值（Relative Score）：代表預測結合位點與目標 motif（基序）最優匹配序列的相似性百分比（0-100%），評分越高，序列匹配度越強；
預測的位點（Predicted sequence）：即預測的轉錄因子結合序列，需結合其標注的鏈方向（strand）處理，若標注為負鏈（strand：-），需對該序列進行 “反向互補”；
將處理后的預測序列（正鏈直接用，負鏈反向互補后用）在原始序列fasta序列中檢索，即可確定結合位點的具體坐標，完成預測。
小技巧：如果數據過多，可通過“Filter“功能縮小范圍：輸入已確認的保守結合序列即可。
探針設計
在確定了結合位點之后，接下來的工作便是進行探針的設計。以下是幾個核心要點：
探針長度：通常控制在20-40個堿基對之間。序列過短可能導致結合不穩定，過長游離探針遷移變慢、與低分子量蛋白復合物難以有效分離。
核心結合位點：探針應完整包含核心結合位點及其兩端各5-15bp的側翼序列，且核心結合位點應盡量位于探針中央，以確保結合的穩定性和特異性。
探針類型：根據實驗需求選擇合適的探針類型。
生物素標記探針（野生型，Biotin-WT）：在探針的 5’端或 3’端引入生物素標記，用于后續實驗的信號檢測。
未標記競爭探針（冷探針，Cold Probe）：與生物素標記探針序列相同，但不含生物素標記，實驗中加入過量冷探針，若能競爭性抑制Biotin-WT與目標蛋白的結合（表現為顯影條帶減弱），可證明結合的特異性（排除非特異性結合）。
突變探針（Biotin-Mut）：側翼序列與野生型探針相同，將核心結合位點的關鍵堿基進行突變（如ACGT變為AAAA），若Biotin-Mut無法與目標蛋白結合（顯影條帶消失），可進一步驗證核心結合位點的必要性。
以上就是本期的全部內容啦，希望這篇從JASPAR入手的實戰指南能給您帶來幫助。如果您在實踐過程中遇到任何問題或有自己的心得，歡迎在評論區與我們分享討論。如果覺得本文有用，也請點個「贊」和「在看」支持一下吧！
在確定了結合位點之后，接下來的工作便是進行探針的設計。以下是幾個核心要點：
探針長度：通常控制在20-40個堿基對之間。序列過短可能導致結合不穩定，過長游離探針遷移變慢、與低分子量蛋白復合物難以有效分離。
核心結合位點：探針應完整包含核心結合位點及其兩端各5-15bp的側翼序列，且核心結合位點應盡量位于探針中央，以確保結合的穩定性和特異性。
探針類型：根據實驗需求選擇合適的探針類型。
生物素標記探針（野生型，Biotin-WT）：在探針的 5’端或 3’端引入生物素標記，用于后續實驗的信號檢測。
未標記競爭探針（冷探針，Cold Probe）：與生物素標記探針序列相同，但不含生物素標記，實驗中加入過量冷探針，若能競爭性抑制Biotin-WT與目標蛋白的結合（表現為顯影條帶減弱），可證明結合的特異性（排除非特異性結合）。
突變探針（Biotin-Mut）：側翼序列與野生型探針相同，將核心結合位點的關鍵堿基進行突變（如ACGT變為AAAA），若Biotin-Mut無法與目標蛋白結合（顯影條帶消失），可進一步驗證核心結合位點的必要性。
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