实时荧光定量PCR技术全面分析.pptx
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1、实时荧光定量实时荧光定量PCR技术全面分析技术全面分析目录实时定量实时定量实时定量实时定量PCRPCRPCRPCR基本原理基本原理基本原理基本原理实时定量实时定量实时定量实时定量PCRPCRPCRPCR的实验设计和数据处理的实验设计和数据处理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实时定量实时定量PCRPCRPCRPCR两种相对定量方法比较两种相对定量方法比较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实时定量实时定量PCRPCRPCRPCR实验实例实验实例实验实例实验实例分析分析分析分析实时定量实时定量实时定量实时定量PCRPCRPCRPCR常见故障排查常见故障排
2、查常见故障排查常见故障排查实时定量实时定量实时定量实时定量PCRPCRPCRPCR的新应用的新应用的新应用的新应用第1页/共62页实时定量PCR基本原理第2页/共62页常规vs实时常规常规常规常规PCRPCR:借助电泳对扩增反应的:借助电泳对扩增反应的: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终产物终产物进行半进行半进行半进行半定量及定性定量及定性定量及定性定量及定性分析分析分析分析定量定量定量定量PCRPCR技术:利用技术:利用技术:利用技术:利用荧光信号的变化实时检测荧光信号的变化实时检测荧光信号的变化实时检测荧光信号的变化实时检测PCRPCRPCRPCR扩增反应中扩增反应中
3、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最终精确的对最终精确的对起始模板起始模板起始模板起始模板的定量分析的定量分析的定量分析的定量分析第3页/共62页常规vs实时优缺点比较优缺点比较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PCR三个基本概念扩增曲线扩增曲线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C(t)值阈值:阈值:阈值:阈值:是循环开始是循环开始是循环开始是循
4、环开始3 31515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的的10101010倍,设定在倍,设定在倍,设定在倍,设定在扩增曲线扩增曲线扩增曲线扩增曲线指数增长期指数增长期C(t)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扩增循环次数增循环次数Threshold line C(t)value C(t)value18.12+/-0.04Threshold line C(t)value C(t)v
5、alue18.12+/-0.04C(t)value18.12+/-0.04C(t)value18.12+/-0.04第6页/共62页定量PCR的数学原理理想的理想的理想的理想的PCRPCRPCRPCR反应:反应:反应:反应:X X X Xn n n n=X=X=X=X0 0 0 02222n n n n非理想的非理想的非理想的非理想的PCRPCRPCRPCR反应:反应:反应:反应:X X X Xn n n n=X=X=X=X0 0 0 0(1+Ex)(1+Ex)(1+Ex)(1+Ex)n n n n方程式两边同时取对数得方程式两边同时取对数得:log Xlog Xn n=log(X=log(X
6、0 0(1+Ex)(1+Ex)n n)整理方程式得整理方程式得:log Xlog X0 0=(-log(1+Ex)n+log X=(-log(1+Ex)n+log Xn n将将C(t)C(t)和达到和达到C(t)C(t)值时终产物的值时终产物的量量Xc(t)带入上式得:带入上式得:logXlogX0 0=(-log(1+Ex)=(-log(1+Ex)C(tC(t)+log)+logXc(t)Xc(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:扩增反应的循环次数X Xn n:第:第n
7、 n次循环后的产物量次循环后的产物量X X0 0:初始模板量:初始模板量ExEx:扩增效率: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10410310610510210C(t)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)C(t)C(t)与初始与初始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页定量原理浓度的对数值浓度的对数值浓度的对数值浓度的对数值与与与与循环数循环数循环数循环数
8、呈线性关系,根据样品呈线性关系,根据样品呈线性关系,根据样品呈线性关系,根据样品扩增达到域值的循环数扩增达到域值的循环数扩增达到域值的循环数扩增达到域值的循环数(CtCt值)就可分析样品值)就可分析样品值)就可分析样品值)就可分析样品中起始模板量中起始模板量中起始模板量中起始模板量第9页/共62页化学原理化学方法分类化学方法分类化学方法分类化学方法分类l l非特异性非特异性非特异性非特异性SYBRGreenISYBRGreenI法法法法l l特异性特异性特异性特异性TaqManTaqMan探针法探针法探针法探针法第10页/共62页SYBR Green I法结合双链结合双链结合双链结合双链DNA
9、DNADNADNA分子小沟分子小沟分子小沟分子小沟l l延伸结束,形成双链延伸结束,形成双链延伸结束,形成双链延伸结束,形成双链DNADNADNADNA,SYBR SYBR SYBR SYBR GreenGreenGreenGreen结合到双螺旋小沟中,当受到结合到双螺旋小沟中,当受到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产物浓度产物浓度优点优点优点优点l l使用方便,无需复杂的设计使用方便,无需复杂的设计使用方便,无需复杂的设计使用方便,无需复
10、杂的设计l l成本较低成本较低成本较低成本较低缺点缺点缺点缺点l l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,无模板特异性性性性l l试验方法较难优化试验方法较难优化试验方法较难优化试验方法较难优化l l灵敏度低灵敏度低灵敏度低灵敏度低第11页/共62页TaqMan探针法水解型水解型l l报告基团,淬灭基团报告基团,淬灭基团报告基团,淬灭基团报告基团,淬灭基团l lFRETFRETFRETFRET(荧光谐振能量传递)(荧光谐振能量传递)(荧光谐振能量传递)(荧光谐振能量传递)l l识别特异性产物识别特异性产物识别特异性产物识别
11、特异性产物优点优点l l特异性高,可准确定量特异性高,可准确定量特异性高,可准确定量特异性高,可准确定量l l灵敏度高灵敏度高灵敏度高灵敏度高l l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检测检测缺点缺点l l一个探针只适用于一个目标一个探针只适用于一个目标一个探针只适用于一个目标一个探针只适用于一个目标l l价格较高价格较高价格较高价格较高l l探针设计较繁琐探针设计较繁琐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
12、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页定量PCR的实验设计和数据处理 绝对绝对绝对绝对定量与相对定量定量与相对定量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(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(DNADNADNADNA,RNARNARNARNA)相对定量:计算初始
13、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PCR-绝对定量标准品,标准曲线标准品,标准曲线标准品,标准曲线标准品,标准曲线l l已知浓度的相应已知浓度的相应已知浓度的相应已知浓度的相应DNADNADNADNA模板,按不同浓度稀释模板,按不同浓度稀释模板,按不同浓度稀释模板,按不同浓度稀释l l根据实时根据实时根据实时根据实时PCRPCRPCRPCR反应得到相应的反应得到相应的反应得到相应的反应得到相应的C(t)C(t)C(t)C(t),构建标准曲线,构建标准曲线,构建标准曲线,构建标准曲线
14、样品样品样品样品l l与标准品同时进行与标准品同时进行与标准品同时进行与标准品同时进行PCRPCRPCRPCR反应得到未知浓度样品的反应得到未知浓度样品的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)C(t)C(t)值值值值unknown104103第16页/共62页使用定量PCR进行绝对定量的优势敏感性高敏感性高敏感性高敏感性高l l检测低拷贝数样品:单拷贝检测低拷贝数样品:单拷贝检测低拷贝数样品: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大范围拷贝数样品同时检测大范围拷贝数样品同时检测l l101010100 0 0 01010101010
15、101010省时有效省时有效省时有效省时有效第17页/共62页定量PCR-相对定量相对定量的目的相对定量的目的相对定量的目的相对定量的目的l l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)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相对定量的问题相对定量的问题l l样品材料不均一造成的差别样品材料不均一造成的差别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因内标基因内标基因内标基因l l内标通常是内标通常是内标通常是内标通常是b-actinb-actin、GAPDHGAPDH、
16、18SrRNA18SrRNA等看家基因等看家基因等看家基因等看家基因(内标基因的表达要相对恒定,表达不受处理因素影(内标基因的表达要相对恒定,表达不受处理因素影(内标基因的表达要相对恒定,表达不受处理因素影(内标基因的表达要相对恒定,表达不受处理因素影响)响)响)响)l l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的误差的误差第18页/共62页SYBR Green I法进行相对定量的问题问题:问题:SYBR Green I可以与非特异性双链结
17、合可以与非特异性双链结合 非特异产物非特异产物信号信号 结果不准确结果不准确解决办法:解决办法:引入熔链曲线分析引入熔链曲线分析第19页/共62页熔链曲线分析在在在在PCRPCRPCRPCR反应程序结束后,逐步提高温度,读取荧反应程序结束后,逐步提高温度,读取荧反应程序结束后,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:值:值:DNADNA解链一半时的温度解链一半时的温度解链一半时的温度解链一半时的温度-
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