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漲知識 | qPCR專場五:如何分析熒光定量數據?

2023-9-13  閱讀(440)

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漲知識 | qPCR專場五:如何分析熒光定量數據?

 


熒光定量PCR是實驗室中出鏡率非常高的一種檢測方法。該方法通過在PCR體系中添加熒光基團來記錄DNA產物的累積情況,從而達到對PCR過程進行實時監控的目的,并且可以通過數據分析計算出起始模板量,這就是“熒光定量"中“定量"一詞的來源。

熒光定量PCR實驗因為靈敏度高所以經常是差之毫厘謬以千里,所以在實驗過程中,我們需要注意諸多細節,謹慎操作。小伙伴們看到這里就要著急了,我怎樣才能做好qPCR實驗,拿到實驗結果,發表高分文章,走上人生呢?

 

熒光定量PCR可以通過將Ct值轉化為數量用以計算每個PCR反應中初始的基因靶標數量。通常有兩種方法可以將Ct值轉化為數量,分別是絕對定量法和相對定量法。絕對定量主要用于檢測未知樣品中核酸的具體量,可通過已知濃度的標準品制作的標準曲線和未知樣品的Ct值進行比較實現定量,主要應用于病原菌、病毒檢測等領域。而應用泛的mRNA表達的研究中不需要知道具體有多少核酸量,只需要確定基因相對的表達差異,用相對定量的方法即可得到結果。相對定量是指在一定樣品中目的基因相對于另一參照樣品中量的變化,如比較樣品處理前后或不同時期目的基因的表達變化。與絕對定量相比,相對定量更簡單,應用更普遍。

 

 

絕對定量法
 
標準曲線模板的選擇
 
 
用于制作標準曲線的模板的質量對于實驗能否成功至關重要。測定初始拷貝數需要盡可能均勻的純模板,常見的有DNA標準品和RNA標準品,不同的標準品有著各自的優缺點。

 

 
標準曲線的制作
 
 
在制作曲線之前,需對模板準確量化。確定模板中核酸的拷貝數,將模板按照梯度稀釋10倍,稀釋成8-10種包含不同核酸拷貝數的模板。對不同稀釋程度的模板進行熒光定量PCR,每種模板進行至少三次重復。由此得到的標準曲線將具體拷貝數和特定的Ct值相關聯。將未知拷貝數模板熒光定量PCR后獲取的Ct值與該標準曲線進行比較,即可得到具體的拷貝數值。定量的準確性和標準曲線的質量直接相關。

 

 

 
標準曲線的驗證
 
 
制作完標準曲線后,需進行多項驗證,用以確保標準曲線是有效且準確的。
主要驗證的方面如下:
  • 線性范圍和靈敏度驗證檢測線性范圍中的最高點和點濃度;

  • 模板質量驗證:分光光度計分析260/280、260/230比值;

  • 數據精度驗證重復組內的Ct值差距應≤0.5;

  • 擴增效率驗證:斜率盡可能接近-3.3,相當于擴增效率盡可能接近100%,測試前后斜率盡可能一致。

 

 

相對定量法
相對定量法中常見的是比較Ct法,其中主要包括2-ΔΔCt法,Pfaffl法和ΔCT法,目前諸多科研人員采用最多的是2-ΔΔCt法。雖然該方法應用廣泛,但是很多人卻不了解其中的原理,例如為什么要用內參基因的Ct值?為什么是ΔΔCt而不是ΔCt?為什么是負的ΔΔCt?接下來,小翌就為大家講解清楚。

 

 
2-ΔΔCt法講解
 
 

 

內參基因通常是一種始終保持著低水平甲基化且一致處于活性轉錄狀態的基因,高度保守且在大多數情況下持續表達,其表達水平受環境因素影響較小。通常在檢測基因的表達水平時用作參照物,校正操作、上樣量差異等帶來的實驗誤差,從而保證結果的準確性。

理論狀態下,PCR擴增呈現指數增長,每次循環增加一倍的量,用數學表示,則為2的Ct次方。當產物量到達同一水平,但對應的Ct值不同,其原因在于初始的模板量差異。將其做比,可了解他們的模板量的差異,如下:

 

 

僅了解目的基因和內參基因之間的初始模板量比值是難以判斷基因變化的情況(表達量變化的差異),通常我們會選用正常組(野生型)和實驗組來比對分析,經過一系列處理后,研究對象對應的目的基因表達是否受到影響。例如下方例舉的藥物測試實驗:
 
測試一款減少黑色素表達的藥物,該藥物以灌胃的形式給藥至實驗組小鼠,對照組小鼠僅以正常飲用水進行灌胃,以往大量研究已表明該藥物對于黑色素表達有明顯的抑制作用。

 

 

如果研究目的基因,簡單僅以兩組的目的基因表達量相比,可以發現,實驗組生成黑色素的基因表達量相比于對照組要多四倍。

 

 

然而已有大量研究證明該藥物抑制黑色素表達,與已有理論存在相悖的情況。存在該情況的原因可能主要是兩組小鼠RNA提取的時候處于不同的時間、提取樣本量不一樣、cDNA上樣量不一樣、cDNA濃度不一樣等等。
 
為避免各類潛在差異帶來的影響,需引入內參基因,可見上圖右半部分。同樣樣本,在原測試目的基因的基礎上,加測內參基因。對照組得到的目的基因與內參基因之間的模板比值為正常老鼠目的基因的比例關系,理論狀態下,以該比例×實驗組老鼠恒定表達的內參基因表達量即可獲得實驗組老鼠在正常狀態下目的基因的理論表達量,實際實驗組老鼠目的基因表達量除以理論表達值,即可計算出老鼠在藥物處理下,目的基因的表達量變化情況,具體如下:

 

 

以上結果可以得出,實驗組目的基因表達量僅為對照組的1/2,也符合以往研究報道。
 
以上是對熒光定量數據分析得介紹,相信小伙伴們通過小翌的介紹,對如何分析數據已經有一定的了解啦。關于如何做好qPCR實驗,小翌會陸續在公眾號里傳授秘籍噠,敬請期待哦。

 

 

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