实时荧光定量PCR技术全面分析课件.pptx

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1、目录目录实时定量实时定量PCRPCR基本原理基本原理实时定量实时定量PCRPCR的实验设计和数据处理的实验设计和数据处理实时定量实时定量PCRPCR两种相对定量方法比较两种相对定量方法比较实时定量实时定量PCRPCR实验实例实验实例分析分析实时定量实时定量PCRPCR常见故障排查常见故障排查实时定量实时定量PCRPCR的新应用的新应用第1页/共62页实时定量实时定量PCR基本原理基本原理第2页/共62页常规常规vsvs实时实时常规常规PCR：借助电泳对扩增反应的：借助电泳对扩增反应的终产物终产物进行进行半半定量及定性定量及定性分析分析定量定量PCR技术：利用技术：利用荧光信号的变化实时检测荧光

2、信号的变化实时检测PCRPCR扩增反应中扩增反应中每一个循环扩增产物量的变化每一个循环扩增产物量的变化，最终精确的对最终精确的对起始模板起始模板的定量分析的定量分析第3页/共62页常规常规vsvs实时实时优缺点比较优缺点比较 定量PCR 常规PCR灵敏度高高精确度安全省时只能进行半定量或定性分析不安全易污染费时费力第4页/共62页定量定量PCR三个基本概念三个基本概念扩增曲线扩增曲线指数增长期 平台期线性增长期背景期第5页/共62页阈值与阈值与C(t)值值阈值：阈值：是循环开始是循环开始315个循环的荧光信号的标准偏差个循环的荧光信号的标准偏差的的1010倍，设定在倍，设定在扩增曲线扩增曲线指

3、数增长期C(t)值：荧光信号（扩增产物）到达阈值时所经过的值：荧光信号（扩增产物）到达阈值时所经过的扩增循环次数Threshold line C(t)value C(t)value18.12+/-0.04Threshold line C(t)value C(t)value18.12+/-0.04C(t)value18.12+/-0.04C(t)value18.12+/-0.04第6页/共62页定量定量PCR的数学原理的数学原理理想的理想的PCRPCR反应：反应：X Xn n=X=X0 022n n非理想的非理想的PCRPCR反应：反应：X Xn n=X=X0 0(1+Ex)(1+Ex)n n方

4、程式两边同时取对数得:log Xn=log(X0(1+Ex)n)整理方程式得:log X0=(-log(1+Ex)n+log Xn将将C(t)C(t)和达到和达到C(t)C(t)值时终产物的量值时终产物的量Xc(t)带入上式得：带入上式得：logX0=(-log(1+Ex)C(t)+logXc(t)初始浓度的对数与循环数呈线性关系初始浓度的对数与循环数呈线性关系n n：扩增反应的循环次数X Xn n：第n n次循环后的产物量X X0 0：初始模板量ExEx：扩增效率第7页/共62页荧光强度荧光强度-循环数曲线循环数曲线初始模板量对数初始模板量对数-C(T)循环数标准曲线循环数标准曲线10410

5、310610510210C(t)与初始模板含量与初始模板含量初始模板量越多，初始模板量越多，C(t)C(t)值越小值越小C(t)C(t)与初始与初始模板浓度的对数值成线性关系模板浓度的对数值成线性关系第8页/共62页定量原理定量原理浓度的对数值浓度的对数值与与循环数循环数呈呈线性关系，根据样品扩增线性关系，根据样品扩增达到域值的循环数（达到域值的循环数（Ct值）就可分析样品中起始值）就可分析样品中起始模板量模板量第9页/共62页化学原理化学原理化学方法分类化学方法分类非特异性非特异性SYBRGreenI法法特异性特异性TaqMan探针法探针法第10页/共62页SYBRGreenI法法结合双链结

6、合双链DNADNA分子小沟分子小沟延伸结束，形成双链延伸结束，形成双链DNADNA，SYBR SYBR GreenGreen结合到双螺旋小沟中，当受到结合到双螺旋小沟中，当受到适合光源激发，发射出荧光，反映适合光源激发，发射出荧光，反映产物浓度产物浓度优点优点使用方便，无需复杂的设计使用方便，无需复杂的设计成本较低成本较低缺点缺点与非特异性产物结合，无模板特异与非特异性产物结合，无模板特异性性试验方法较难优化试验方法较难优化灵敏度低灵敏度低第11页/共62页TaqMan探针法探针法水解型水解型报告基团，淬灭基团报告基团，淬灭基团FRETFRET（荧光谐振能量传递）（荧光谐振能量传递）识别特异性

7、产物识别特异性产物优点优点特异性高，可准确定量特异性高，可准确定量灵敏度高灵敏度高设计不同标记的探针，可进行多重设计不同标记的探针，可进行多重检测检测缺点缺点一个探针只适用于一个目标一个探针只适用于一个目标价格较高价格较高探针设计较繁琐探针设计较繁琐第12页/共62页两种化学的比较两种化学的比较化学试剂化学试剂工作原理工作原理有否淬灭剂有否淬灭剂信号检测阶段信号检测阶段SYBR Green ISYBR Green I结合于双链结合于双链DNADNA的小沟中的小沟中否否延伸延伸TaqManTaqMan水解型杂交探针（水解型杂交探针（5 5-3-3外切）外切）有有任何步骤任何步骤第13页/共62页

8、定量定量PCR的的实验设计和数和数据据处理理 绝对绝对定量与相对定量定量与相对定量第14页/共62页绝对定量与相对定量绝对定量：精确的计算初始反应的模板浓度绝对定量：精确的计算初始反应的模板浓度（DNADNA，RNARNA）相对定量：计算初始反应模板的相对含量相对定量：计算初始反应模板的相对含量第15页/共62页定量定量PCR-PCR-绝对定量绝对定量标准品，标准曲线标准品，标准曲线已知浓度的相应已知浓度的相应DNADNA模板，按不同浓度稀释模板，按不同浓度稀释根据实时根据实时PCRPCR反应得到相应的反应得到相应的C(t)C(t)，构建标准曲线，构建标准曲线样品样品与标准品同时进行与标准品同

9、时进行PCRPCR反应得到未知浓度样品的反应得到未知浓度样品的C(t)C(t)值值unknown104103第16页/共62页使用定量使用定量PCRPCR进行绝对定量的优势进行绝对定量的优势敏感性高敏感性高检测低拷贝数样品：单拷贝检测低拷贝数样品：单拷贝大范围拷贝数样品同时检测大范围拷贝数样品同时检测10100 010101010省时有效省时有效第17页/共62页定量定量PCR-PCR-相对定量相对定量相对定量的目的相对定量的目的比较基因在不同情况下的表达差异（倍数关系）比较基因在不同情况下的表达差异（倍数关系）相对定量的问题相对定量的问题样品材料不均一造成的差别样品材料不均一造成的差别内标基

10、因内标基因内标通常是内标通常是b-actin、GAPDH、18SrRNA等看家基等看家基因（内标基因的表达要相对恒定，表达不受处理因素因（内标基因的表达要相对恒定，表达不受处理因素影响）影响）对目的基因进行均一化：去除样本间加样量不同带来对目的基因进行均一化：去除样本间加样量不同带来的误差的误差第18页/共62页SYBRGreenI法进行相对定量的问题法进行相对定量的问题问题：SYBR Green I可以与非特异性双链结合 非特异产物信号 结果不准确解决办法：引入熔链曲线分析第19页/共62页熔链曲线分析熔链曲线分析在在PCRPCR反应程序结束后，逐步提高温度，读取荧反应程序结束后，逐步提高温

11、度，读取荧光值，得到温度与荧光值的关系曲线光值，得到温度与荧光值的关系曲线温度温度荧光信号强度荧光信号强度TmTmTm值：值：DNADNA解链一半时的温度解链一半时的温度-dIdTTm第20页/共62页熔链曲线分析熔链曲线分析决定退火温度决定退火温度Non-specific productspecific productspecific product第21页/共62页实时定量定量PCR两种相两种相对定量定量方法比方法比较相对双标准曲线法和相对双标准曲线法和2-c(t)法法第22页/共62页相对标准曲线法相对标准曲线法用目标基因和内标基因的标准品分别获得用目标基因和内标基因的标准品分别获得标准

12、曲线标准曲线处理与未处理样品同时扩增目标基因和内标基因，获得处理与未处理样品同时扩增目标基因和内标基因，获得C(t)C(t)值值用内标基因对目标基因用内标基因对目标基因均一化均一化处理样本与未处理样本目标基因处理样本与未处理样本目标基因C(t)C(t)值经内参基因均一值经内参基因均一化后相除，即可得出处理样本与未处理样本的表达差异化后相除，即可得出处理样本与未处理样本的表达差异第23页/共62页适用范围适用范围目标基因与内标基因扩增效率差异较大目标基因与内标基因扩增效率差异较大扩增效率较低扩增效率较低第24页/共62页2-c(t)法法公式推导M:目标基因，N：内标基因XC(t)M=X0M*2C

13、(t)M=A(域值)(1)XC(t)N=X0N*2C(t)N=A(域值)(2)均一化(1)/(2):X0M/X0N=2C(t)N-C(t)M=2-C(t)处理2与处理1相比：(X0M2/X0N2):(X0M/X0N)=2-C(t)2-C(t)1=2-C(t)C(t)=(C(t)M2-C(t)N2)-(C(t)M1-C(t)N1)当有多个样品时（如时间点），各样品均一化后都与同一时间点相比第25页/共62页一般步骤一般步骤选定目标基因和内标基因选定目标基因和内标基因设计一步法或两步法设计一步法或两步法RT-PCRRT-PCR反应反应数据获得及处理数据获得及处理目标基因目标基因C(t)值（处理，未

14、处理）值（处理，未处理）内标基因内标基因C(t)值（处理，未处理）值（处理，未处理）计算计算2-c(t)作图作图第26页/共62页适用范围适用范围当扩增效率较高，且目标基因和内标基因扩增效当扩增效率较高，且目标基因和内标基因扩增效率比较一致率比较一致不做标准曲线，高通量检测不做标准曲线，高通量检测第27页/共62页目标基因和内标基因扩增效率的快速检测目标基因和内标基因扩增效率的快速检测通过并列跑两条扩增曲线，查看指数增长期的曲线之间通过并列跑两条扩增曲线，查看指数增长期的曲线之间是否平行是否平行第28页/共62页验证试验验证试验目的基因和内参基因扩增效率一致性检测目的基因和内参基因扩增效率一致

15、性检测 检测目标基因与内标基因在不同稀释浓度下检测目标基因与内标基因在不同稀释浓度下的的C(t)，以稀释倍数与，以稀释倍数与C(t)作图，当直线的斜率近似作图，当直线的斜率近似于于0 0（绝对值要小于（绝对值要小于0.1）时，说明目标基因与内标基因）时，说明目标基因与内标基因扩增效率一致。扩增效率一致。第29页/共62页问题与解决问题与解决为保证扩增效率一致为保证扩增效率一致扩增子长度扩增子长度引物设计引物设计模板纯度、复杂度等模板纯度、复杂度等反应条件反应条件第30页/共62页定量定量PCR实验实例分析例分析第31页/共62页利用利用利用利用TaqManTaqManTaqManTaqMan法

16、研究法研究法研究法研究ERBB2 ERBB2 ERBB2 ERBB2 在正常或乳腺肿瘤组织标本中在正常或乳腺肿瘤组织标本中在正常或乳腺肿瘤组织标本中在正常或乳腺肿瘤组织标本中的表达差异（的表达差异（的表达差异（的表达差异（相对标准曲线法相对标准曲线法相对标准曲线法相对标准曲线法）已知在已知在50%50%的乳腺肿瘤样本中，的乳腺肿瘤样本中，ERBB2ERBB2表达异常，因此可表达异常，因此可以作为一个检测标准以作为一个检测标准选用选用GAPDHGAPDH作为内标基因作为内标基因FAMFAM标记的标记的ERBB2ERBB2探针探针VICVIC标记的标记的GAPDHGAPDH探针探针构建标准曲线构建

17、标准曲线双重双重PCRPCR反应反应阴性对照阴性对照无无RNARNA对照（空白）对照（空白）无逆转录酶对照（基因组）无逆转录酶对照（基因组）第32页/共62页标准曲线标准曲线Color 2-VIC detection for GAPDHColor 1 FAM detection for ERBB2第33页/共62页样品扩增：正常样品扩增：正常vsvs肿瘤肿瘤PMT1-FAM detection-ERBB2PMT2-VIC detection-GAPDH肿瘤肿瘤正常正常第34页/共62页实验结果实验结果Multiplex Reactions:C(t)Healthy RNACarcinoma28.

18、4027.3628.4627.1228.43 0.0426.24 0.17ERBB2表达Multiplex Reactions:C(t)Healthy RNACarcinoma23.2722.8123.4122.8628.34 0.1026.83 0.03GAPDH表达第35页/共62页实验结果实验结果HealthyRNATumorRNAGAPDHERBB210951052213024929550085730136000130800Copies ng/l Total RNAERBB2 copies/GAPDH copies1095/95500=0.0111052/85730=0.0122130

19、/136000=0.0172492/130800=0.019Healthy RNATumor RNA0.0110.0180.018/0.0111.6300.20.40.60.811.21.41.61.82HealthyTissueCarc.TissueRelative Expression第36页/共62页（2-c(t)法）C(t)=4.41-5.18=-0.770.182-c(t)=1.51-1.93结果与双标准曲线法结果与双标准曲线法相近相近Healthy RNABBER2GAPDHC(t)28.4023.275.3128.4623.415.0528.43 0.0428.34 0.105.

20、180.18Carcinoma RNABBER2GAPDHC(t)27.3622.814.5527.1222.864.2626.24 0.1726.83 0.034.41 0.21第37页/共62页实时定量定量PCR常常见故障排故障排查第38页/共62页故障排查-软件界面扩增曲线扩增曲线标准曲线标准曲线原始数据原始数据第39页/共62页扩增曲线扩增曲线第40页/共62页异常扩增曲线异常扩增曲线第41页/共62页扩增曲线扩增曲线基线设置是否正确 基线校准 基线开始值(3-10)基线终止值（指数期之前）阈值设置是否正确 设置在指数增长期(可自动或手动设置）第42页/共62页第43页/共62页第44

21、页/共62页标准曲线标准曲线第45页/共62页原始数据原始数据第46页/共62页常见问题常见问题抑制物抑制物 PCRPCR前前精密度差精密度差扩增曲线异常扩增曲线异常 PCRPCR后后标准曲线差标准曲线差第47页/共62页抑制物抑制物PCRPCR抑制物抑制物 多糖类、有机溶剂、蛋白酶多糖类、有机溶剂、蛋白酶K K等等样本质量样本质量 A260/A280-DNA:A260/A280-DNA:1.81.8 -RNA:-RNA:2.12.1RTRT反应中的抑制物反应中的抑制物 -RNA -RNA标准曲线标准曲线 第48页/共62页PCRPCR抑制物抑制物抑制物？第49页/共62页样本质量样本质量起始

22、模板量越高，抑制物含量越高第50页/共62页RNA标准曲线标准曲线第51页/共62页精密度差精密度差精密度高 精密度低 40次相同的重复 3次相同的重复 第52页/共62页精密度低的原因精密度低的原因加样误差加样误差 操作、移液器、反应液未混匀操作、移液器、反应液未混匀体系配置方法体系配置方法 低拷贝数的样品（泊松分布）低拷贝数的样品（泊松分布）没有使用没有使用ROXROX校准校准 第53页/共62页扩增曲线异常扩增曲线异常平台期低平台期低样品浓度？引物二聚体或浓度？第54页/共62页扩增曲线异常扩增曲线异常指数增长期异常指数增长期异常无指数增长期或指数增长期较短第55页/共62页扩增曲线异常

23、扩增曲线异常曲线不光滑曲线不光滑扩增时间开始较晚，定量不准确第56页/共62页标准曲线评价标准曲线评价评价标准曲线：扩增效率(E)-90%-110%相关系数(R2)-大于0.99 平行管重复性 -SD小于0.167 第57页/共62页标准曲线差标准曲线差可能的影响因素 稀释精度 加样精度 反应体系的优化 模板降解第58页/共62页 定量定量PCR的新运用的新运用第59页/共62页等位基因分型（等位基因分型（SNPSNP研究研究)MicroRNAMicroRNA分析分析基因拷贝数（基因拷贝数（CNV)CNV)分析分析蛋白质分析蛋白质分析第60页/共62页第61页/共62页感谢您的观看！第62页/共62页