qPCR實驗步驟及常見問題詳解

2021-01-19 致命毒師的分子生物學


提取總RNA                                                                        

!RNA的提取需要無RNA酶環境。為了提取高質量的RNA,提取前可以紫外照射15min,滅菌並使空氣中的酶類變性;使用無RNA酶的槍頭、EP管和提取相關溶劑;實驗者帶口罩以及新的手套進行試驗。如實驗環境不允許,請快速操作。(空氣中RNA酶是一個固定存在,一個原因是很多生物都能分泌它,導致它的數量很多;再有一個原因就是它的穩定性非常好,即使是高溫滅菌也不能使其滅活。RNA酶酶解RNA條件簡單,不需要金屬離子,多為外切酶序列特異性低,並且溫度限制不大,因此RNA在自然界中很容易就被降解。)

1)裂解細胞

平皿上的細胞:去掉培養基,用PBS洗兩次,加入1ML Trizol,用槍頭吹下細胞轉至EP管中,靜置裂解5min;組織:加入少量液氮研磨,加入1ML Trizol,轉致EP管中,靜置裂解5min,13000rpm離心,取上清;(組織勻漿器:將組織剪成小塊與1ML Trizol一併加入到勻漿機中,研磨至無組織塊後放置2-3min,13000rpm離心,取上清)

2)萃取除雜

加入0.2ML 氯仿,vortex 30s,靜置3min,4℃,13000 rpm離心10min,小心吸取上清轉至新的EP管中(上層為RNA,中層和下層含有DNA和蛋白)

3)沉澱RNA

加入等體積異丙醇,翻轉顛倒6-10次,靜置10min(-20℃或者-80℃放置30min以上效果更好),4℃,13000 rpm離心10min,去上清

4)洗滌

用0.5ML75%的乙醇洗兩遍,4℃,12000 rpm離心5min,風乾

加入20-100ul 無RNA酶的水溶解RNA。

(這裡按照3.5mm平皿添加試劑舉例,其它平皿按照比例增減。提取RNA還有CTAB、SDS法等,並且有很多公司以這幾種方法為基礎開發出RNA柱式提取方法,多數是裂解液裡帶有蛋白變性劑和DNA酶,其它原理基本一致)

逆轉錄cDNA                                                                      

逆轉錄步驟通常公司說明書自帶,通常含有oligo(dT)、dNTPs、RNA inhibitor、病毒逆轉錄酶和buffer(現在部分公司逆轉錄試劑包含了去除基因組DNA的酶在buffer裡,但部分沒有因為影響體系或消化新合成的cDNA,那就需要在逆轉錄之前先加DNase I 自己消化去除。那麼DNA汙染對於qPCR有沒有影響呢?對於80%的引物和反應條件是有影響的,這部分引物在這個反應條件下會以DNA為模板進行擴增,CT值會改變,溶解曲線也會異常。這樣的反應對於引物和反應條件的要求太高,對於引物不是太了解的老師,還是老老實實地去DNA吧。小編用過幾家公司的逆轉錄試劑,諾維贊和promega是明確有的,沒有的公司就不列出了,可以私小編詢)

配置qPCR體系                                                                 

PCR反應體系成分,H2O、 模板(CDNA)、引物、dNTPs、Taq DNA polymerase、Mg2+、ROX等吸光反應劑、反應buffer)(為了減少操作次數,降低誤差,公司通常將紅色字體部分合成一個或兩個溶液MIX)預配法(組內誤差小):將3個平行的孔樣品計算3.5個體積先預先配好,再加到樣孔裡。目前很多老師都用的方法,但建議用下面方法。交叉加樣法(組間誤差小):分別配成引物體系和樣品體系,再分別加到樣孔裡。比如有A、B兩個樣品,pri1、pri2 、pri3三對引物預配法是直接根據樣品x引物=6,預配6個3.5體積的體系,然後加到副孔中。交叉加樣法,兩個樣品,每個樣品分別要加到9個孔裡,分別預配1份含有9.5體積的樣品A和B的母液體系,將除了水之外的成分都加進去;3種引物,分別要加到6個孔裡,分別預配1份含有6.5體積的引物體系,將水加到引物體系裡;然後加到副孔中。

95℃,30s; 95℃,10s; 60-65℃,10s, melt 為了增加特異性可以適當提高紅色的退火溫度。

結果處理                                                                           

目前常用的結果處理方法2-ΔΔCT

推導方法:PCR 擴增是指數擴增,假設擴增效率為100%,每一段原始模板擴增產物的量為 2 的 ct (cycle times)次方

由,PCR 產物量 = 2∧ct * 起始模板量

得,

起始模板量 = PCR 產物量/2∧ct = PCR 產物量 * 2∧ - ct

待檢基因起始模板量 = PCR 產物量A * 2∧ - ct(待檢基因)

內參基因起始模板量 = PCR 產物量B * 2∧ - ct(內參基因)

 PCR 產物量A=PCR 產物量B  (插圖說明)

由上面三個式子,可得

對照組中:待檢基因起始模板量/內參基因起始模板量 = 2∧-【ct(待檢基因)-ct(內參基因)】= 2∧-Δct

實驗組中:待檢基因起始模板量/內參基因起始模板量 = 2∧-【ct(待檢基因)-ct(內參基因)】= 2∧-Δct

最終可以得出,實驗組/對照組=2-ΔΔCT

計算實例:

常見問題                                                                         

擴增曲線異常正常qPCR的Ct值最好在15-30之間,擴增曲線呈較光滑完整的S型。平臺期鋸齒狀、S型不完整、Ct值過大過小等現象,都是擴增異常的現象。

藍箭頭,曲線下滑

黑框,無S型曲線特徵

藍圈,Ct值偏大(如Ct值>30)

1)模板量低或基因表達豐度低,建議增加模板量觀察Ct值能否成相應倍數減少2)反應條件不適宜(如退火溫度過高)或引物設計不當(如Tm值太低)導致擴增效率低3)產物過長,建議用三步法程序擴增或通過優化引物,產物長度不宜大於300bp4)體系中可能存在抑制劑影響酶的活性,建議梯度稀釋模板或重新製備純度更高的模板

紅圈,擴增曲線無法達到平臺期

基因豐度低、循環數較少,建議增加循環數或選擇適合低豐度基因定量的產品

有熔解曲線,無擴增曲線

可能是擴增程序設置錯誤,未進行螢光信號搜集,建議重新實驗,增加擴增程序中延伸階段螢光信號的搜集。

復孔重複性差

1)加樣誤差,改用精準的移液器,擴大反應體系、正反向引物提前混合或用預混法配體系。2)模板量低,建議提高模板量,使Ct值落在15-30之間。熔解曲線異常熔解曲線常用來判斷qPCR結果的特異性,理想的熔解曲線為單峰,異常的熔解曲線會出現雜峰、雙峰、寬峰等可能的情況,下面我們來逐一分析。

熔解曲線出現雙峰

可能存在引物二聚體,建議降低引物濃度或重新設計引物等方式優化。如果有多餘的孔,建議以不加模板的PCR體系做陰性檢測,如果檢測孔中無擴增曲線,只有溶解曲線,則引物二聚體,建議更換引物。

①引物特異性過差導致非特異性產物擴增,建議Blast檢查引物特異性或重新設計引物。②基因組DNA汙染。如果有多餘的孔,建議以未逆轉錄的RNA做陰性檢測,如果檢測孔中有擴增曲線和溶解曲線,則基因組DNA汙染。

熔解曲線單峰但不尖銳

可能存在大小相近的非特異性產物,建議進行高解析度瓊脂糖電泳確認,很麻煩建議直接換引物。如果你是個認真細緻的同學,qPCR只需要按照步驟一步步做下去就行了。但是運氣差點呢?想要對qPCR實驗了解透徹,需要熟悉引物設計、PCR反應原理、RNA性質以及逆轉錄反應原理,甚至了解buffer裡含有的成分,從提RNA開始清楚每一個溶液的作用,甚至孵育時間、離心轉速和離心時間。
我始終覺得,當你把這一切變成肌肉記憶,那你絕對會得心應手!



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