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      漲知識(shí)|qPCR專場(chǎng)四:?jiǎn)栴}圖表分析及實(shí)驗(yàn)案例

       

      熒光定量PCR是實(shí)驗(yàn)室中出鏡率非常高的一種檢測(cè)方法。該方法通過(guò)在PCR體系中添加熒光基團(tuán)來(lái)記錄DNA產(chǎn)物的累積情況,從而達(dá)到對(duì)PCR過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的,并且可以通過(guò)數(shù)據(jù)分析計(jì)算出起始模板量,這就是“熒光定量”中“定量”一詞的來(lái)源。
       
      熒光定量PCR實(shí)驗(yàn)因?yàn)殪`敏度高所以經(jīng)常是差之毫厘謬以千里,所以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,我們需要注意諸多細(xì)節(jié),謹(jǐn)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(shí)驗(yàn),拿到實(shí)驗(yàn)結(jié)果,發(fā)表高分文章呢?

       

      在熒光定量PCR實(shí)驗(yàn)中,難免會(huì)遇到一些奇怪的擴(kuò)增曲線或熔解曲線,不管是開(kāi)辟新課題新項(xiàng)目中的預(yù)實(shí)驗(yàn)探索還是持續(xù)驗(yàn)證中的反復(fù)測(cè)試,都有可能遇見(jiàn)。雖說(shuō)異常曲線可能會(huì)千奇百怪,但仔細(xì)分析,了解清楚具體原因就有助于我們順利完成實(shí)驗(yàn),不用再投入更多時(shí)間精力重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

       

       

       
      擴(kuò)增曲線異常
       
      無(wú)擴(kuò)增曲線出現(xiàn)
       
       

       

      原因分析及解決方案:
      熒光定量?jī)x器參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤,上機(jī)前對(duì)應(yīng)熒光信號(hào)采集開(kāi)關(guān)沒(méi)有打開(kāi)。可在問(wèn)題數(shù)據(jù)的運(yùn)行程序中檢查,相關(guān)采集開(kāi)關(guān)是否正常開(kāi)啟。若未正常開(kāi)啟,則需要重新準(zhǔn)備上機(jī)反應(yīng)體系,設(shè)置好對(duì)應(yīng)的參數(shù),打開(kāi)采集開(kāi)關(guān)再次檢測(cè)。

       

       

      儀器界面展示處以7500為例

       

       
      有光信號(hào)但無(wú)Ct值
       
       

       

      原因分析及解決方案:
      擴(kuò)增曲線線性圖顯示為一條筆直的線或?qū)?shù)圖的▲Rn不超過(guò)1且在低水平徘徊,則無(wú)擴(kuò)增。
       
      1)可能是引物降解帶來(lái)的影響。當(dāng)引物儲(chǔ)存不當(dāng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致引物降解并失去特異性,進(jìn)而降低擴(kuò)增效率。可通過(guò)核酸電泳的方式檢測(cè)引物的完整性,若原先的特異性條帶變成彌散帶,則表示引物發(fā)生降解。針對(duì)引物保存,需考慮以下四個(gè)建議:
      •  引物凍干粉在長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存和儲(chǔ)存溫度上有著更強(qiáng)的靈活性和保障;

      • 引物濃度對(duì)穩(wěn)定性也會(huì)產(chǎn)生影響,不建議以低于10μM的濃度儲(chǔ)存引物,在大多數(shù)情況下,100μM的引物使用更加靈活容易;

      • 引物或探針也需和RNA一樣分裝儲(chǔ)存,以盡可能減少反復(fù)凍融帶來(lái)的影響;

      • TE緩沖液的儲(chǔ)存環(huán)境比水更加穩(wěn)定。

      2)可能是模板濃度太低造成檢測(cè)困難。建議減少cDNA稀釋濃度重復(fù)實(shí)驗(yàn)即可,通常情況下,未知濃度的樣品先從原液開(kāi)始測(cè)。
      3)可能是模板降解。這種情況下,需要重新制備RNA模板或cDNA模板,重新實(shí)驗(yàn)。

       

       
      擴(kuò)增曲線對(duì)數(shù)圖基線期異常
       
       

      原因分析及解決方案:

      在對(duì)數(shù)圖擴(kuò)增曲線中,若基線期為連續(xù)曲線,則有可能是基線期設(shè)置循環(huán)周期偏少造成??梢栽谠O(shè)置中增大基線的終點(diǎn)值,調(diào)整后可恢復(fù)正常,如下圖所示:

       

       

       
      擴(kuò)增曲線對(duì)數(shù)圖曲線分段
       
       

      原因分析及解決方案:

      在對(duì)數(shù)圖擴(kuò)增曲線中,若擴(kuò)增曲線基線期連續(xù)且后續(xù)出現(xiàn)明顯分段現(xiàn)象,則有可能是基線期設(shè)置循環(huán)周期偏多造成。可以在設(shè)置中減小基線的終點(diǎn)值,調(diào)整后可恢復(fù)正常,如下圖所示:

       

       
      擴(kuò)增曲線線型圖不平滑
       
       

      原因分析及解決方案:
      1)PCR反應(yīng)管可能沒(méi)有蓋緊,當(dāng)儀器進(jìn)行熱循環(huán)時(shí),反應(yīng)液出現(xiàn)揮發(fā)、泄露。在上機(jī)前,建議用潔凈的手套或鑷子壓緊管蓋以避免該風(fēng)險(xiǎn)。
      2)PCR反應(yīng)液在管中可能出現(xiàn)掛壁,在反應(yīng)進(jìn)行時(shí)由于重力因素反應(yīng)液下滑或最終進(jìn)入反應(yīng)體系。在上機(jī)前,建議使用桌面小離心機(jī)對(duì)PCR管進(jìn)行離心,肉眼觀察無(wú)反應(yīng)液掛壁,上機(jī)過(guò)程小心為上,減少抖動(dòng)和碰撞發(fā)生。
      3)可能是體系中抑制物較多,導(dǎo)致熒光不穩(wěn)定。當(dāng)RNA提取樣本充裕的情況下,建議重新提取高純度RNA進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄、熒光定量。當(dāng)RNA提取樣本缺失或稀少的情況下,建議稀釋cDNA后重新上機(jī),減少抑制物的抑制作用。

       

       

      4)可能是儀器開(kāi)機(jī)后長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,使用過(guò)度,導(dǎo)致熒光收集不穩(wěn)定。建議讓儀器待機(jī)/關(guān)機(jī)一段時(shí)間后,重新開(kāi)啟運(yùn)行。

       

       
      擴(kuò)增曲線線性圖無(wú)法到達(dá)平臺(tái)期
       
       

      原因分析及解決方案:
      1) 平臺(tái)期對(duì)Ct值影響不大。計(jì)算Ct值時(shí),是通過(guò)閾值線(上圖綠色水平線)與擴(kuò)增曲線指數(shù)期的交叉點(diǎn)進(jìn)行的,故平臺(tái)期對(duì)于Ct值的影響不大。
      2) 無(wú)法到達(dá)平臺(tái)期可能是因?yàn)檠h(huán)數(shù)設(shè)置太少,增加循環(huán)數(shù)可有助于觀察到明顯的平臺(tái)期。
      3) 當(dāng)試劑擴(kuò)增效率比較低時(shí),酶活力不持久,下降較快,平臺(tái)期也可能會(huì)出現(xiàn)不明顯的現(xiàn)象。可通過(guò)增加鎂離子濃度或更換效力更強(qiáng)的酶解決該問(wèn)題。

       

       
      擴(kuò)增曲線線性圖平臺(tái)期“低頭”
       
       

      原因分析及解決方案:
      可能是基線選取的范圍不正確,其中的基線終點(diǎn)大于曲線對(duì)應(yīng)的Ct值。當(dāng)模板DNA投入過(guò)多時(shí)(投入高濃度cDNA原液或cDNA上樣比例>20%),基線范圍仍取為3-15,其中會(huì)包含部分?jǐn)U增信號(hào),從而導(dǎo)致閾值線過(guò)高,對(duì)應(yīng)的平臺(tái)期在計(jì)算時(shí)會(huì)出現(xiàn)下滑現(xiàn)象。這種情況下,可減少基線期終點(diǎn),重新分析數(shù)據(jù)。

       

       
      擴(kuò)增曲線Ct值偏大
       
       

      原因分析及解決方案:
      1) 若目的基因在樣品中的豐度較低,則可能出現(xiàn)Ct值偏大的現(xiàn)象。該情況下可選擇增加反轉(zhuǎn)錄時(shí)RNA的投入量或者減少cDNA的稀釋倍數(shù)可調(diào)整對(duì)應(yīng)的Ct值。當(dāng)RNA投入量是原先的2倍時(shí),Ct值對(duì)應(yīng)可減少1(21=2);當(dāng)cDNA稀釋倍數(shù)由8倍調(diào)整為2倍時(shí),Ct值對(duì)應(yīng)可減少2(22=4)。
      2) 設(shè)計(jì)的目的片段過(guò)長(zhǎng),僅部分目的片段在每個(gè)循環(huán)中擴(kuò)增,從而導(dǎo)致Ct值偏大。建議將目的擴(kuò)增片段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為80-200bp之內(nèi),不建議超過(guò)300bp。
      3) 體系中可能存在抑制劑,導(dǎo)致擴(kuò)增效率下降,最終使得Ct值偏大。建議減少投入的模板量或重新制備純度更高的RNA

       

       
      擴(kuò)增曲線重復(fù)性差
       
       

      原因分析及解決方案:
      1) 可能是加樣誤差大導(dǎo)致的重復(fù)性差。儀器方面,需要每年對(duì)移液槍進(jìn)行一次校正。在操作方面,采取先加大體積后加小體積液體的方式。移液器使用時(shí)采取二檔吸液一檔出液的方式,若下一次移液不更換槍頭,則第二槍開(kāi)始一檔吸液一檔出液。
      2) 試劑或預(yù)混體系沒(méi)有徹底混勻,也會(huì)導(dǎo)致重復(fù)性偏差。建議在分裝反應(yīng)液前,先將反應(yīng)液以震蕩或吹打的形式進(jìn)行充分混勻。上機(jī)之前,將PCR管離心,使得所有的液體都在反應(yīng)管底部。
      3) 儀器未使用ROX校正,則也可能發(fā)生重復(fù)性偏差的現(xiàn)象。最好選用ROX校正。當(dāng)所用試劑不含ROX時(shí)或ROX添加濃度不合適時(shí),將ROX校正關(guān)閉。
      4)當(dāng)基因本身豐度低或模板濃度低時(shí),Ct值會(huì)在30以上,同時(shí)Ct值重復(fù)性差。該情況下,建議將復(fù)孔數(shù)增加至4-6個(gè),從中適當(dāng)舍棄1-2個(gè)偏差較大的數(shù)據(jù)。

       

       
      擴(kuò)增曲線雜亂無(wú)規(guī)律
       
       

      原因分析及解決方案:

      可能是ROX濃度與機(jī)型不能匹配造成這種現(xiàn)象。建議在設(shè)置中找到Passive Reference后將ROX改為None,重新分析即可獲取正常的擴(kuò)增曲線,如下圖所示。

       

       

       

       
      熔解曲線異常
       
      熔解曲線單峰但不尖銳
       
       

      原因分析及解決方案:
      可能存在大小相近的非特異擴(kuò)增,可以通過(guò)兩種方法進(jìn)行判斷,簡(jiǎn)單的方式是觀察起峰到落峰的溫度跨度,若跨度不大于7℃,則可視為單峰。另外相對(duì)復(fù)雜的方法是將產(chǎn)物進(jìn)行高濃度瓊脂糖電泳(如3%瓊脂糖)進(jìn)行輔助判斷。

       

       
      熔解曲線為雙峰且較低峰Tm在80℃之前
       
       

      原因分析及解決方案:
      引物二聚體在引物對(duì)之間存在部分序列同源性時(shí)會(huì)形成,其長(zhǎng)度通常會(huì)低于80bp,在70℃范圍區(qū)間會(huì)形成低熒光且更寬的波峰。具體的波峰大小會(huì)根據(jù)引物二聚體的大小和GC含量而發(fā)生變化。進(jìn)行熒光定量之前,檢查引物二聚體的方法有多種,最好的可視化方法是進(jìn)行核酸電泳,形成的引物二聚體通常會(huì)在凝膠底部附近顯示為彌散帶。減少引物二聚體的方法如下:
      • 優(yōu)化熱循環(huán)條件,主要是提高退火溫度;

      • 降低引物濃度。在多數(shù)情況下,引物終濃度為200 nM,可選擇降低至60 nM;

      • 第一次針對(duì)一個(gè)靶標(biāo)設(shè)計(jì)引物時(shí),可嘗試設(shè)計(jì)三對(duì)引物組,選用其中效率最高、特異性表現(xiàn)最好的引物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

       

       
      熔解曲線為雙峰且較低峰Tm在80℃之后
       
       

      原因分析及解決方案:
      1)可能是cDNA樣本中存在gDNA污染,引物設(shè)計(jì)時(shí)未跨內(nèi)含子造成的其他擴(kuò)增產(chǎn)物。建議設(shè)計(jì)引物時(shí)跨內(nèi)含子且不在單一外顯子模塊中設(shè)計(jì),或在RNA提取時(shí),選用帶gDNA去除的RNA提取試劑盒,或是在反轉(zhuǎn)錄獲取cDNA時(shí),選用帶gDNA去除的反轉(zhuǎn)錄試劑。
      2)可能是引物特異性過(guò)差導(dǎo)致的非特異擴(kuò)增。建議將引物序列輸入至NCBI中進(jìn)行特異性分析,檢測(cè)在同物種中是否存在其他配對(duì)序列。

       

       
      陰性對(duì)照(NTC)起峰且有熔解曲線峰
       
       
      NTC:又稱為無(wú)模板對(duì)照,指除DNA或cDNA樣品以外的所有反應(yīng)組分。在這些對(duì)照中檢測(cè)到的擴(kuò)增通常是由于引物二聚體或擴(kuò)增的PCR產(chǎn)物污染造成。這兩類污染會(huì)導(dǎo)致相關(guān)靶標(biāo)的表達(dá)水平被人為的升高。
      Ct>35,熔解曲線Tm值<80℃

      原因分析及解決方案:

      引物二聚體導(dǎo)致的非特異擴(kuò)增,具體解決方案可見(jiàn)上述【熔解曲線為雙峰且較低峰Tm在80℃之前】。其中值得注意的點(diǎn)是,若實(shí)驗(yàn)組和陰性對(duì)照組之間的Ct值差值遠(yuǎn)大于10,則表示引物二聚體對(duì)于靶標(biāo)片段擴(kuò)增的影響不大,數(shù)據(jù)可用于分析。

      Ct值<35,NTC熔解曲線與基因熔解曲線峰形重疊。

       

      原因分析及解決方案:
      這種情況下,多是由于體系中出現(xiàn)污染,例如水中、引物中、試劑中出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的模板,多為槍頭未更換帶來(lái)的交叉污染。該情況下,需要以控制變量的方式逐步排查污染源。

       

       
      熔解曲線峰型雜亂
       
       

      原因分析及解決方案:
      1) 可能是反應(yīng)體系中出現(xiàn)污染,建議結(jié)合陰性對(duì)照結(jié)果確認(rèn)污染情況,從水、引物、酶和環(huán)境等注意排除污染。
      2) 可能是熒光定量試劑暴露在強(qiáng)光或者高溫下導(dǎo)致試劑失效進(jìn)而導(dǎo)致該問(wèn)題出現(xiàn),建議用新的熒光定量試劑進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。
      3) 耗材與儀器不匹配,不能滿足熒光定量?jī)x器光源對(duì)于耗材的需求。這種情況下,需確認(rèn)儀器所對(duì)應(yīng)的耗材要求,選擇正確且質(zhì)量有保證的耗材進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。
      4)儀器長(zhǎng)時(shí)間未校正也可能會(huì)引發(fā)該情況。儀器方面建議每一年校正,以保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

       

       
      熔解曲線前端起雜峰
       
       

      原因分析及解決方案:
      可能是ROX濃度與機(jī)型不能匹配造成這種現(xiàn)象。建議在設(shè)置中找到Passive Reference后將ROX改為None,重新分析即可獲取正常的熔解曲線,如下圖所示。

       

       

      以上是對(duì)熒光定量PCR中問(wèn)題圖表分析及實(shí)驗(yàn)案例的介紹,相信小伙伴們通過(guò)小翌的介紹,對(duì)如何分析問(wèn)題圖表已經(jīng)有一定的了解啦。關(guān)于如何做好qPCR實(shí)驗(yàn),小翌會(huì)陸續(xù)在公眾號(hào)里傳授秘籍噠,敬請(qǐng)期待哦。

       

      方法

      分類

      產(chǎn)品名稱

      貨號(hào)

      RNA提取

      同Trizol提取

      TRIeasy™ Total RNA Extraction Reagent

      10606ES

      動(dòng)物組織/細(xì)胞總RNA提取,避開(kāi)有毒試劑,最快15 min完成

      MolPure® Cell/Tissue Total RNA Kit細(xì)胞/組織總RNA提取試劑盒

      19221ES

      簡(jiǎn)單植物總RNA提取,避開(kāi)有毒試劑,最快40min完成

      MolPure® Plant RNA Kit 植物RNA提取試劑盒

      19291ES

      多糖多酚植物總RNA提取,最快30min完成

      MolPure® Plant Plus RNA Kit 多糖多酚植物RNA提取試劑盒

      19292ES

      細(xì)胞總RNA提取,避開(kāi)有毒試劑,最快8 min完成

      MolPure® Cell RNA Kit 培養(yǎng)細(xì)胞RNA提取試劑盒

      19231ES

      qPCR染料法

      高靈敏通用型定量預(yù)混液(染料法)

      Hieff UNICON® Universal Blue qPCR SYBR Master Mix

      11184ES

      超高性價(jià)比定量預(yù)混液 (染料法),已發(fā)文章累計(jì)IF達(dá)到5000+

      Hieff® qPCR SYBR Green Master Mix (No Rox)

      11201ES

      Hieff® qPCR SYBR Green Master Mix (Low Rox)

      11202ES

      Hieff® qPCR SYBR Green Master Mix (High Rox)

      11203ES

      高靈敏型qPCR預(yù)混液(染料法)

      Hieff UNICON® qPCR SYBR Green Master Mix (No Rox)

      11198ES

      Hieff UNICON® qPCR SYBR Green Master Mix (Low Rox)

      11199ES

      Hieff UNICON® qPCR SYBR Green Master Mix (High Rox)

      11200ES

      miRNA加A法高特異性定量預(yù)混液(染料法)

      Hieff® miRNA Universal  qPCR SYBR Master Mix(加A法)

      11171ES

      miRNA莖環(huán)法高特異性定量預(yù)混液(染料法)

      Hieff® miRNA Universal  qPCR SYBR Master Mix(莖環(huán)法)

      11170ES

      高靈敏一步法反轉(zhuǎn)定量試劑盒(染料法)

      Hifair®  III One Step RT-qPCR SYBR Green Kit

      11143ES

      細(xì)胞直擴(kuò)RT-qPCR,1.5 h從細(xì)胞到基因表達(dá)分析(染料法)

      Hieff® Fast Cell Direct SYBR Green RT-qPCR Kit

      11172ES

      反轉(zhuǎn)錄試劑

      5 min快速反轉(zhuǎn),最長(zhǎng)可滿足14 kb cDNA合成,含gDNA去除(下游應(yīng)用PCR/qPCR)-示蹤版New

      Hifair® AdvanceFast 1st Strand cDNA Synthesis Kit

      11149ES

      5 min快速反轉(zhuǎn),最長(zhǎng)可滿足14 kb cDNA合成,含gDNA去除(下游應(yīng)用PCR/qPCR)-常規(guī)版New

      Hifair® AdvanceFast 1st Strand cDNA Synthesis Kit(No Dye)

      11150ES

      15 min一步完成gDNA去除與反轉(zhuǎn)錄(下游應(yīng)用qPCR)

      Hifair® V one-step RT-gDNA digestion SuperMix for qPCR

      11142ES

      高質(zhì)量第一鏈cDNA合成預(yù)混液,含gDNA去除(下游應(yīng)用qPCR)

      Hifair® III 1st Strand cDNA Synthesis SuperMix for qPCR (gDNA digester plus)

      11141ES

      最長(zhǎng)可滿足19.8 kb cDNA合成試劑盒,含gDNA去除(下游應(yīng)用PCR/qPCR)

      Hifair® III 1st Strand cDNA Synthesis Kit(gDNA digester plus)

      11139ES

      常規(guī)30 min反轉(zhuǎn)預(yù)混液,含gDNA去除(下游應(yīng)用qPCR)

      Hifair® II 1st Strand cDNA Synthesis SuperMix for qPCR (gDNA digester plus)

      11123ES

      miRNA反轉(zhuǎn)錄試劑盒(加A法)

      Hifair®  miRNA 1st Strand cDNA Synthesis Kit (加A法)

      11148ES

      400-6111-883