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我讀書少,你表騙我——最清楚的QPCR原理講解


本文介紹QPCR的檢測以及相對定量原理。
我讀書少,你表騙我——最清晰的QPCR講解(一)
在前面我們介紹過QPCR結(jié)果如何分析作圖(可以查看歷史消息或者登錄科研狗網(wǎng)站http://www.keyangou.com),接下來我們將分幾次逐步介紹QPCR的原理和注意事項。
(一) QPCR定量原理
1 理解PCR
PCR簡單來說就是一變二,二變四的等比增長的過程,如下圖:

圖1: 理想情況下PCR產(chǎn)物與循環(huán)數(shù)關(guān)系


但是,這里面存在一個問題,并不是每次循環(huán)都會翻倍,比如說每次擴增只有90%的底物參與了擴增(擴增效率為0.9),這是理論情況下的PCR反應:

圖2 理論情況下PCR產(chǎn)物量與循環(huán)數(shù)關(guān)系。


但是由于上面都是在酶,buffer等都是足量,且不存在其他抑制反應的情況下的曲線,所以實際PCR曲線如下:

圖3 實際情況下PCR產(chǎn)物數(shù)與循環(huán)數(shù)的關(guān)系


剛開始的時候酶,緩沖液,能量,dNTP等都是充足的,PCR按照理論情況下的擴增(A: 指數(shù)期),限速因子為底物的量;

隨著時間的增加,產(chǎn)物越來越多,每次循環(huán)所需要的酶也就越來越多,當達到B(線性期)階段的時候,所有的酶都參與了擴增,因此每個循環(huán)之后產(chǎn)物增加量是恒定的,和酶的數(shù)量相關(guān),此時限制產(chǎn)物增加的因素是酶;

當達到C(衰退期)階段時候,酶逐漸失活,dNTP消耗殆盡,產(chǎn)物增加量逐漸減少;

直至到D階段,沒有任何產(chǎn)物生成,數(shù)目保持恒定。

2. QPCR簡單原理

我們可以將每條PCR產(chǎn)物帶上一個熒光標記(具體怎么回事下節(jié)講解),這樣的話有多少個PCR產(chǎn)物就有多少單位的熒光,因此:


熒光 正比于 DNA產(chǎn)物數(shù)目 某種關(guān)系于 DNA初始量


因此我們通過機器收集熒光的量就能知道DNA初始量了,那么機器如何收集熒光呢?


有兩種方式可以收集熒光
第一種是我們固定一個循環(huán)數(shù)C1(比如25個循環(huán)),然后循環(huán)結(jié)束之后我們分別收集每管的熒光,這種情況下,R2處于對數(shù)期,R1處于衰退期

圖4 固定循環(huán)數(shù)測定熒光強度值


第二種是我們固定一個熒光強度值,看達到這個熒光強度值需要多少個循環(huán)

圖5 固定熒光強度測試循環(huán)數(shù)


只要我們把R0設(shè)置合適,R0這條水平線就能切割到所有的處于對數(shù)期的曲線,我們qPCR采用的就是這種模式,下面我們來看下為什么這種模式能夠反映出DNA初始量(以下推導中l(wèi)g代表以2為底的對數(shù))。

一大波推導公式來襲~可直接看最后公式


所以當我們知道每個樣品達到一定熒光強度閾值時所需要的循環(huán)數(shù)n(qPCR里面稱作Ct)時,就能知道初始濃度的對數(shù)值。假設(shè)我們做了細胞內(nèi)p53mRNA和GAPDH的qPCR,那么我們得到了Ct(p53)和Ct(GAPDH)
lgN(p53)= K1 X Ct(p53) +K2,
lgN(GAPDH)=K1 X Ct(GAPDH) + K2
我們想看p53相對于內(nèi)參的表達量時:

如果你有一個實驗組和一個對照組,那么實驗組比對照組的比值就是2^-△△Ct,意思就是說實驗組的mRNA水平是對照組的多少倍(Fold change)。


那么為什么不能用圖4(固定循環(huán)數(shù),測最終熒光強度值)的方式來衡量初始濃度呢?那是因為固定循環(huán)數(shù)的情況下,有很多樣品不處于對數(shù)期,熒光的量與初始濃度沒有特定的關(guān)系,無法計算初始濃度。


好了,不知道你是否已經(jīng)明白其中的原理,我們下一節(jié)將介紹qPCR儀器運行的原理,讓你真正理解qPCR~


“這哪是最清晰的QPCR講解???”

“客官請息怒,科研狗會努力做好,希望提出寶貴意見!汪汪汪”


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