荧光定量PCR详细流程和问题解析

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荧光定量PCR详细流程和问题解析

普通PCR与荧光定量PCR技术区别?

简单的讲PCR技术最早是用于扩增一段特异的PCR片段,用于克隆、测序等实验,后来也将其用于样本中特异的PCR片段有无或非很粗的相对定量,而荧光定量PCR 技术则是为了测定样本中特异的PCR片段相对及绝对量,是一种测定特异的PCR 片段含量的方式。如测定病人样本中病原体的含量、实验样本中某一特定的mRNA 的含量等。

前些年有人讲过普通PCR后,通过电泳也可以进行定量,其实是将PCR产物的定量与PCR样本中模板定量相混了。近两年没有人再讲这类的话了。

Sybr Green、Taqman、Molecular beacon、LUX这些方法如何选择?

从实验成本来讲,Sybr Green是最好的,基本上就是普通PCR加上一点Sybr Green I 荧光染料即可,其信号强度也很好,还可以进行融解曲线分析等,但缺点是只能在一个反应管内进行一种PCR反应的检测,另一个问题是非特异性扩增会影响实验结果,当然也有一些技术解决这些问题,后面会讲到。对于研究人员来讲,如果需要检测的基因很多,而每个反应管中进行一种PCR反应的检测可以满足实验要求,则Sybr Green是最好的选择。

如果需要进行多通道实验,即在一个反应管中进行2种或以上的反应,则要选择其他的方法,最常用的是Taqman、Molecular beacon,这两种都是探针的方式,由于增加了探针的特异性,因此其扩增曲线反映的就是特异性产物的扩增曲线,不含有非特异性扩增的成分。因此商业用途的检测试剂盒大都采用这一技术,以减少非特异性产物造成错误结论的可能性。其缺点在于探针成本较高,有时设计的探针并不合适,有造成损失的可能性。并且要进行较多的实验条件的优化。这两种探针技术用于商业目的时都有专利问题,据说取得Molecular beacon的许可权的成本相对较低,但只是据说。

另一种值得一提的是LUX探针,它也可进行多通道实验,但它没有Taqman和Molecular beacon方法的增加探针特异性的功能,因此只能是一种折中的方案,

如果不考虑多通道实验,则不如Sybr Green法

选择单通道实验还是多通道实验?

这是要根据实验需要来选择的,如果有一个、两个或是三个基因要进行比较,并用看家基因进行对照,可以考虑选择多通道实验。多通道实验的好处是可以消除样本加样的误差。但要克服的困难也比较多,一是条件的优化比较麻烦,即多种PCR反应以及探针要在同一个反应条件下进行,并且效率都要比较高,另一个困难是要求相互之间没有干扰,因为干扰会影响到实验结果。还有一个困难是当一个基因的模板数显著大于其他基因时,因为共用核苷酸等资源的原因,会让模板数少的基因的定量值变小或变为零。因此一般两通道的实验比较多些,即一个基因进行多样本比较,用看家基因进行对照。

可以看出,如果单通道实验可以解决问题,就不要选择多通道实验了。三个以上的基因进行比较时就最好用单通道。因为一般的仪器最多也只有四个通道,就是有更多的通道,实验条件的优化也是足够麻烦了。

双通道实验时如何克服反应条件、干扰以及模板数差别很大等困难?

对于反应条件的优化,可通过两个单独实验的标准曲线来优化,主要是复性温度,可用PCR仪的温度梯度功能来选择,然后找到一个合适的复性温度。对于如何确定是否存在相互干扰,则要通过两个独立的单通道实验与双通道实验的结果进行比较,如果差别不大,则表明没有干扰。至于模板数差别很大的问题,可以通过降低引物浓度的方法来实现,即primer limited,在一般的PCR反应中,引物的浓度是足够高的,基本上可以将反应液中的核苷酸全部消耗尽,在优化引物浓度时,用不同的引物浓度进行实验,找到不影响反应的C值的最低引物浓度。这样在实际反应中,模板数高的基因在引物耗尽后,反应液中仍然有足够的核苷酸等用于另一个基因的反应。

引物设计中的几个注意事项

1、引物设计最好用相关的软件来进行设计,考虑引物自身回折、错配、引物二

聚体、复性温度、产物变性温度等问题,其中产物的变性温度是大家不太关心的问题,但有些产物在一般的95度条件下不能充分解链,会严重影响实验结果。

2、引物所设计的片断一定要有足够的特异性,选择好片段后,最好到互联网中进行相关的搜索,看在样本的基因组有没有相拟的基因以及假基因等,如果有,则可选择特异性更高的区域。

3、在进行mRNA表达量的定量,可以在引物设计时考虑基因组的污染问题,即在引物设计时让两个引物跨一个内含子,这样基因组污染所造成的扩增可以区别出来,或因为片段过大而不能扩增

4、由于mRNA表达量的定量有一个逆转录的过程,如果逆转录是用poly(T)作引物,则设计的片段尽量靠近poly(A),以免逆转录的效率影响到实验结果。如果用特异性引物进行逆转录,则要考虑引物区是否存在RNA二级结构的问题

5、产物片段的大小:定量PCR一般产生片段都不大,不会超过600bp。Sybr Green 法一般选择250-600bp,过大会影响到PCR扩增的效率,过小则很难通过融解曲线与引物二聚体分开,但并不是绝对的。Taqman法的扩增片段都很小,几十或是100多,这是其原理造成的。Molecular beacon法对片段大小的要求不高,只要不是太长即可。

Sybr Green法的实验策略:

实验可分为三个阶段,即实验条件的优化、预实验和正式实验。

一、实验条件的优化阶段,这一阶段是最花时间的,

1、要找到一个阳性的模板,可以是克隆有基因质粒、强阳性样本或纯化的PCR 产物等。有了阳性的模板才能进行最基本的定量扩增实验,如果有普通PCR的实验条件,也可以此为基础进行实验。

2、扩增出的产物要通过电泳方法确定其大小,以确认定量PCR扩增的产物是你的目的基因,有些用户就发生过优化了几天的条件才发现扩增片段的大小不对,不是自己想要的基因。当然,能测个序什么的最好。并通过融解曲线实验来确定产生的Tm值以及所用的变性温度是否已经足够,个别情况下会出来解键不充分的现象。

3、有了基本的PCR条件后,要将阳性模板进行倍比稀释,一般用10倍稀释。将