1.
RT-PCR,qPCR,Real-time PCR,RT-qPCR區(qū)分 RT-PCR指的是逆轉(zhuǎn)錄PCR(Reverse Transcription PCR),在RT-PCR中,RNA逆轉(zhuǎn)錄為cDNA,以cDNA為模板通過PCR進行DNA擴增;qPCR和Real-time
PCR均指實時熒光定量PCR(Quantitative
Real-Time PCR),相較于常規(guī)PCR,qPCR能夠在每個循環(huán)周期內(nèi)對擴增產(chǎn)物進行實時定量,從而對起始模板數(shù)量進行精確的分析,具有高敏感度和特異性;RT-qPCR指的是實時逆轉(zhuǎn)錄PCR(Reverse Transcription- quantitative PCR),是qPCR RT-PCR的組合,將mRNA逆轉(zhuǎn)錄為cDNA后再作為模板進行qPCR定量分析。2. SYBR
Green I染料法 SYBR Green I染料:一種可以在PCR循環(huán)過程中隨著PCR產(chǎn)物的累計而對其進行檢測的高度特異性雙鏈DNA結(jié)合染料;原理:通過SYBR Green I染料與PCR過程中產(chǎn)生的雙鏈DNA結(jié)合,而對PCR產(chǎn)物進行實時檢測;過程:(1)在PCR過程中,DNA聚合酶可對目標(biāo)序列進行擴增,產(chǎn)生PCR產(chǎn)物,即“擴增子”;(2)SYBR
Green I染料與每一個新產(chǎn)生的雙鏈DNA分子進行結(jié)合;(3)隨著PCR的進擴增,越來越多的擴增子生成,由于SYBR Green I染料可與所有的雙鏈DNA結(jié)合,因此熒光強度也會隨著PCR產(chǎn)物的增加而增加;(如下圖所示)優(yōu)點:對DNA模板沒有選擇性,可用于監(jiān)測任何雙鏈DNA序列的擴增,運行成本低;缺點:SYBR Green I染料可能與非特異性的雙鏈DNA序列發(fā)生結(jié)合,產(chǎn)生假陽性信號。除此之外,需要不斷的優(yōu)化反應(yīng)體系以降低非特異性擴增。
圖片源自:https://www./faq-real-time-pcr 3. Taqman探針法 原理:通過熒光探針在PCR循環(huán)過程中隨PCR產(chǎn)物的累積而對其進行檢測。 過程:(如上圖所示) (1) 構(gòu)建Oligo探針:5’端標(biāo)記熒光染料報告基團(Reporter, R),3’端標(biāo)記淬滅基團(Quencher, Q)。當(dāng)探針保持完整時,淬滅基團的靠近會通過空間上的熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)而顯著降低報告基團發(fā)射的熒光; (2) 如果存在目標(biāo)序列,探針便會在其中一個引物結(jié)合位點的下游發(fā)生退火,并隨著引物的延伸通過Taq DNA聚合酶的5’核酸酶活性,完成切除; (3) 探針的切除將報告染料基團和淬滅染料基團進行分離,增強了報告染料基團的信號。并且可以將探針從目的鏈上去除,使引物繼續(xù)沿模板鏈末端延伸; (4) 每經(jīng)過一個循環(huán),就會有更多的報告基因染料分子從各自的探針上切斷,熒光強度會隨著合成的擴增片段數(shù)量的增加而增加; 優(yōu)點:(相較于SYBR Green I染料法) (1) 高特異性和靈敏性:熒光探針只與目的序列結(jié)合,不受非特異性產(chǎn)物的影響; (2) 兼容多重反應(yīng):由于不同波長的熒光報告基團可以標(biāo)記不同的探針,因此可以選擇不同的報告基因染料標(biāo)記探針,在一個反應(yīng)管內(nèi)同時擴增并檢測不同的序列; (3) 節(jié)省時間和原料成本:無需PCR后處理,減少分析工作量并節(jié)省材料成本; 缺點:需要根據(jù)不同的序列,合成不同的探針。 4. 絕對定量(Absolute Quantification) 原理:根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線對未知樣品進行的定量。 舉例:可以通過qPCR計算出待測樣本的初始拷貝數(shù),如1ml血液里有多少個HBV病毒??筛鶕?jù)病毒的拷貝數(shù),監(jiān)控疾病狀態(tài)。 5. 相對定量(Relative Quantification) 原理:用于分析特定樣品相對于參照樣品某個基因表達量的變化。 舉例:用于檢測藥物引起的基因表達改變,將經(jīng)藥物處理樣品的特定目標(biāo)基因的表達水平相對未處理樣品的基因表達水平進行比較。 7. 擴增曲線(Amplification Plot)PCR過程中,以循環(huán)數(shù)為橫坐標(biāo),以反應(yīng)過程中實時熒光信號為縱坐標(biāo)制作的曲線。(如下圖所示)擴增曲線一般分為基線期、指數(shù)增長期和平臺期。PCR起始時,熒光信號還未發(fā)生變化的幾個循環(huán)。即樣本的熒光背景值,擴增的熒光信號被熒光背景信號所掩蓋。一般將PCR反應(yīng)前15個循環(huán)的熒光信號作為熒光本底信號,可通過算法去除。熒光域值設(shè)定在PCR擴增的指數(shù)期,缺省設(shè)置是3-15個循環(huán)的熒光信號的標(biāo)準(zhǔn)偏差的10倍,通常儀器會自動設(shè)置。如果手動設(shè)置,原則要大于樣本的熒光背景值,同時要盡量選擇進入指數(shù)期的最初階段。11.循環(huán)閾值(Cycle
Threshold, Ct值)Ct值是指在熒光 PCR 擴增過程中,當(dāng)擴增產(chǎn)物的熒光信號達到設(shè)定的閾值時所經(jīng)過的擴增循環(huán)次數(shù)。Ct值與模板的拷貝數(shù)存在線性關(guān)系,起始拷貝數(shù)越多,經(jīng)過的循環(huán)數(shù)就越少,Ct 值也就越小。用作熒光信號標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)部參照,可以逐孔校正因移液不準(zhǔn)確、孔位置及熒光波動造成的變動。通常,不同儀器有不同ROX需求,目前國產(chǎn)儀器基本無需ROX校準(zhǔn)要求。熒光染料報告基團(Reporter, R)釋放的熒光強度除以惰性參比染料的熒光強度。在特定PCR條件設(shè)置下所產(chǎn)生的信號量級。ΔRn=(Rn )
– (Rn-),Rn : 一次反應(yīng)的Rn值,Rn-:未反應(yīng)樣品的Rn值。 qPCR擴增完成后,對PCR產(chǎn)物加熱,隨溫度升高,DNA逐漸解鏈,導(dǎo)致熒光強度下降,當(dāng)?shù)竭_某一溫度時(Tm),會導(dǎo)致大量的產(chǎn)物解鏈,熒光急劇下降。熔解曲線分析可以用來確定不同的反應(yīng)產(chǎn)物,對PCR的特異性進行鑒定。(如下左圖所示)DNA雙鏈解鏈一半的溫度稱為熔解溫度(Tm),不同序列的DNA,Tm值不同。G-C含量越高,Tm值越高,成正比關(guān)系。17.對數(shù)曲線(logarithm
curve)對熔解曲線取對數(shù),形成峰圖,更直觀的顯示PCR產(chǎn)物片段的情況。通常根據(jù)引物設(shè)計原則,擴增產(chǎn)物長度在80-300 bp范圍內(nèi),熔解溫度在80℃-90℃之間。(如下右圖)18.標(biāo)準(zhǔn)品(Standards)用于構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)曲線的已知濃度樣品,為保證標(biāo)準(zhǔn)品的穩(wěn)定,通常將基因片段克隆到質(zhì)粒后,作為標(biāo)準(zhǔn)品。19.標(biāo)準(zhǔn)曲線(Standard
Curve)將已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)品進行梯度稀釋(通常為5-6個稀釋梯度),將未知樣品和梯度稀釋的標(biāo)準(zhǔn)品在同一qPCR實驗中進行反應(yīng)。根據(jù)擴增曲線,以稀釋標(biāo)準(zhǔn)品的Ct值為橫坐標(biāo),起始拷貝數(shù)的log值為縱坐標(biāo)構(gòu)建。(如下圖所示)理論上,稀釋樣品的擴增曲線之間有均勻的間距,如果產(chǎn)物在每一循環(huán)都加倍,熒光曲線之間的間距(兩個樣本Ct值差)符合等式“2n=稀釋倍數(shù)”,如:10倍稀釋的樣本,2n=10,n=3.32,即Ct值差為3.32。20.擴增效率(Amplification
efficiency)擴增效率與標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率相關(guān),斜率的絕對值與熒光曲線間距相同,擴增效率計算式為E=10-1/斜率,如果將擴增效率用百分率來表示,則E%=(E-1)×100%。一般說來,擴增效率接近 100%是重復(fù)性好的標(biāo)志,然而在實際操作時,擴增效率應(yīng)該在90%-105%之間,如果擴增效率低,可能的原因是引物設(shè)計不當(dāng),或者反應(yīng)條件未優(yōu)化;若擴增效率大于100%,可能由于稀釋樣品加樣錯誤,或者有非特異性產(chǎn)物擴增,如引物二聚體產(chǎn)生。  21.內(nèi)參(Internal
reference)在同一反應(yīng)中作為靶序列擴增,并用不同的探針進行雙重PCR檢測的對照序列。22.內(nèi)參基因(Reference
gene)內(nèi)源性參比基因的表達水平在樣品間不存在差異,如管家基因(Housekeeping
genes, HKGs),常用GAPDH、β-actin 、18SrRNA和28S rRNA等。23.標(biāo)準(zhǔn)樣品(Standard
Sample)相對定量中使用的參比樣品,用與其他樣品進行比較,確定某一基因的相對表達水平。24.陽性對照(Positive
Control)用已知量模板作對照,通常用來檢查引物工作是否正常,以及反應(yīng)程序是否正確設(shè)置。25.陰性對照(Negative
Control)重要的陰性對照包括無模板對照(No template control,NTC)和無反轉(zhuǎn)錄酶對照(No reverse transcriptase
control,NRC)。NTC:包含除模板之外的所有擴增反應(yīng)所必要組分的對照反應(yīng),模板通常用水代替,用于檢測試劑污染或外源DNA造成的污染;NRC:在反轉(zhuǎn)錄的時候多配制一個體系,不加反轉(zhuǎn)錄酶,其余成分正常添加,在相同的反轉(zhuǎn)錄過程下獲得的產(chǎn)物,以此為模板,觀察擴增情況,用于檢驗cDNA中是否有基因組DNA的污染。
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| 單標(biāo)熒光探針 | FAM、VIC、HEX、TET、ROX、JOE、Cy3、CY5、TAMRA、Texas Red等 | 雙標(biāo)熒光探針 | 熒光基團:FAM、VIC、HEX、ROX、Cy3、Cy5、NED等 淬滅基團:MGB、BHQ、TAMARA系列等 | 特殊單標(biāo)熒光探針 | 地高辛Dig、磷酸Phosphorylation、生物素Biotin等 | 修飾 | 硫代修飾、氨基修飾、巰基修飾、稀有堿基等 |
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參考文獻: [1]https://www./cn/zh/home/life-science/pcr/real-time-pcr/real-time-pcr-learning-center/real-time-pcr-basics/essentials-real-time-pcr.html; [2] https://zhuanlan.zhihu.com/p/388534929 [3]
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