荧光定量PCR实验看似简单,实际上想要获得一个好的结果还是相当不容易的。从RNA提取、逆转录、引物设计到上机扩增,每一个环节都可能出现问题。本文整理了钟鼎生物在QPCR实验中常见的 14 个问题及有针对性的解决意见,按问题类型分块整理,欢迎收藏。
📋 本文内容速览
- 结果处理:比较CT法与表达量计算
- RNA质量:纯度检测、完整性判断与提取量低的原因
- 引物设计与验证:扩增曲线、溶解曲线、电泳验证
- 结果无差异:模板量控制与逆转录体系
- 常见故障排查:无Ct值、Ct值过晚、扩增效率低、溶解曲线多峰、标准曲线不佳、负对照有信号
- 优化策略:提高灵敏度与特异性、避免RNA降解
- 常见问题解答(FAQ)
PART 01结果处理:比较CT法与表达量计算
如何处理QPCR结果?
比较CT法
根据基因表达量的计算公式:基因表达量 = 2-△△Ct,其中 △△Ct = △Ct(实验组)- △Ct(对照组)。
验证基因A的敲低效果,实验分为两组:对照组和实验组。每个样本设置三个复孔,通过PCR仪的检测得到Ct值,先根据公式计算出△△Ct值,再计算出基因的表达量,取对照组的表达量的平均值,让所有的数据除以平均值,这样我们就将对照组基因A的表达量定位100%。最后将整理好的数据,在GraphPad作图即可。
核心公式:基因表达量 = 2-△△Ct,其中 △△Ct = △Ct(实验组)- △Ct(对照组)。这是相对定量中最常用的计算方法,适用于基因表达差异分析。
PART 02RNA质量:纯度、完整性与提取量
如何验证提取的RNA是否合格?
一般使用紫外分光光度法,根据 OD260 和 OD280,以及 OD260 和 OD230 的比值来判断。
- 当 OD260/OD280 在 1.8-2.0 之间时,说明 RNA 的纯度合格,可用于后续试验。
- OD260/OD280 <1.8,说明可能有蛋白质或酚类物质的污染。
- 如在 230nm 处有吸收峰,说明 RNA 提取中引入了有机化合物和盐离子的污染。
- 理想状态下 OD260/OD230 应当在 2 左右,如有污染比值会小于 2。
RNA的质量好坏如何判断?
可以用电泳法检测 RNA 的完整性,可以从中看出 RNA 的质量好坏。跑胶结束后,在紫外灯的照射下,一般来说要有清晰的三条条带,5s、18s 和 28s rRNA,正常情况下 28s 最亮,其次是 18s。如果 28s 条带暗于 18s 和 5s,或者条带出现明显的拖尾,甚至整个条带弥散不清,说明 RNA 已经发生降解。
为什么在RNA提取时,RNA总量很低?
根据 RNA 提取的总流程,我们要排除的问题是:
1细胞是否裂解充分
加入 Trizol 到孔板或者平皿后,要用移液器反复的吹打几下。如果不确认是否裂解充分,我们可以把培养板密封好,放置在显微镜下,观察是否还有细胞,正常情况下细胞都脱落、裂解,视野中没有完整的细胞形态。
2确保有足够的细胞量
一般 12 孔板一个孔作为一个样本,如果细胞体积大,就换成 6 孔板或者平皿。
3试剂比例正确
以 Trizol 为例,1ml 的 Trizol 对应的是 200 微升的氯仿和 500 微升的异丙醇,如果要减少 Trizol 的用量就按照比例减少氯仿和异丙醇的用量。
4异丙醇加入后需混匀
异丙醇加入后会分层,需要轻摇混匀。RNA 溶液中异丙醇的浓度上不去是不会出现 RNA 沉淀的,所以加入异丙醇后要摇匀溶液。
5乙醇洗涤与溶解
RNA 出现沉淀后,要用乙醇洗涤沉淀两次,这时沉淀是清晰可见的,我们要用记号笔标记一下沉淀的位置。因为在沉淀晾干后会变得透明,加入 DEPC 水后很可能溶解不完全。最后,用 DEPC 水溶解时,最好先加入 10 微升,溶解后检测一下浓度再稀释,如果 RNA 太稀就没有办法做后续的实验了。
避免RNA降解的方法有哪些?
- 在用来验证完整性之前先在变性胶上分析 RNA。
- 运用良好无污染的技术分离 RNA。
- 将组织提取后立刻提取 RNA,并将提取好的 RNA 反转录为 cDNA 进行低温保存。
质控标准小结:OD260/OD280 在 1.8-2.0 之间,OD260/OD230 在 2 左右;电泳图中 28s 最亮、18s 次之、5s 最弱,三条带清晰无拖尾。满足这两个条件,RNA 才可用于后续逆转录和 QPCR 实验。
PART 03引物设计与验证
如何判断引物设计是否有问题?
设计 QPCR 引物时,我们要验证引物是否能有效地扩增目的片段?
- 看扩增曲线:如果引物能扩增目的片段,扩增曲线呈 S 型。如果呈指数增长型,可能是 cDNA 浓度过低,可适当增加 cDNA 浓度。
- 看溶解曲线:溶解曲线应该只有一个峰值,而且峰值的位置是在 Tm 附近,距离 Tm 较远,或存在多个峰值则需要重新设计引物。
- 琼脂糖电泳验证:如果怀疑仪器传感器问题,可以将 QPCR 产物做琼脂电泳,如果引物能扩增片段,会在 80-250bp 附近出现一个条带。
验证顺序:扩增曲线(S型)→ 溶解曲线(单峰,位于Tm附近)→ 琼脂电泳(80-250bp 单一条带)。三步都通过,引物基本可用。
PART 04结果无差异:模板量控制
QPCR结果为什么没有差异?
可能是实验操作出现的问题。很多人存在一个误区,认为逆转录时加入体系的 RNA 总量越多越好,在配逆转录体系时,RNA 模板的总量应控制在 10pg-1μg 之间,或 mRNA 模板的总量控制在 10pg-500ng,超出这个范围反而会导致结果异常。
以干扰为例,灰色加红色区域代表 mRNA 总量,红色区域代表目的基因的 mRNA 总量,当整个 mRNA 都被逆转录的时候,干扰的 mRNA 量就明显会比对照组少很多。但如果 RNA 的总量过大,逆转录体系只能逆转录这个扇形区域的部分,可能就会出现没有差异的现象,甚至会出现干扰组的 mRNA 比对照组还要高的假象。
关键提醒:逆转录体系中 RNA 模板总量并非越多越好。RNA 模板控制在 10pg-1μg,或 mRNA 模板控制在 10pg-500ng,超出范围会导致结果异常甚至假象。
PART 05常见故障排查
荧光定量PCR实验中无Ct值出现怎么办?
- 反应的循环数不够:一般要在35个循环以上,但是过多的循环次数可增加背景值。
- 检测荧光信号的步骤有误:SYBR Green法(SG法)采用的是 72℃ 延伸时采集荧光信号,TaqMan 法则是在退火结束或延伸结束时进行信号采集。
- 引物或探针降解:可通过 PAGE 电泳检测其完整性,若是电泳条带呈弥散状,可考虑重新合成引物或探针。
- 模板量不足:对未知浓度的样品应从系列稀释样本的最高浓度做起。
- 模板降解:避免样品制备中杂质的引入及反复冻融的情况。
- 序列或者引物有误:检测样品中不含有待检测基因。
Ct值出现过晚(Ct>38)是什么原因?
- 扩增效率低:优化反应条件;设计更好的引物或探针;改用三步法进行反应等。
- 模板降解或模板浓度太高。
- 试剂灵敏度不好:更换更高灵敏度、抗干扰的试剂。
- 检测基因结构复杂:高 GC、复杂二级结构和长片段模板,都会影响 PCR 扩增。
- 扩增产物太长:一般采用 80-150bp 的产物长度。
扩增效率低的原因有哪些?
- 引物或探针不佳:重新设计更好的引物和探针。
- 反应试剂中部分成分特别是荧光染料降解。
- 反应条件不够优化:可调整退火温度或改为三步扩增法。
- 反应体系中有PCR反应抑制物:一般是加入模板时所引入,应先把模板适度稀释,再加入反应体系中,减少抑制物的影响。
溶解曲线不止一个主峰是什么原因?
- 引物设计不够优化:应避免引物二聚体和非特异性扩增出现。
- 同源性比较高:被检测基因在待检测样品有同源性较高的序列。
- 模板有基因组的污染:RNA 提取过程中避免基因组 DNA 的引入,或通过引物设计避免非特异扩增。
标准曲线线性关系不佳怎么办?
- 加样/稀释误差:使得标准品不呈梯度。
- 标准品出现降解:应避免标准品反复冻融,或重新制备并稀释标准品。
- 引物或探针不佳:重新设计更好的引物和探针。
- 模板中存在抑制物,或模板浓度过高。
负对照有信号是什么原因?
- 引物设计不够优化:应避免引物二聚体和发夹结构的出现。
- 模板有基因组的污染:RNA 提取过程中避免基因组 DNA 的引入,或通过引物设计避免非特异扩增。
- 实验器材污染:移液器、水、枪头或者荧光定量 PCR 孔内有荧光污染。
故障排查优先级:先确认循环数是否足够(≥35 个循环)→ 检查荧光信号采集步骤是否匹配所用方法 → 排除引物/探针降解和模板问题 → 最后考虑试剂灵敏度和基因结构复杂程度。多数问题集中在模板质量和引物设计两个环节。
PART 06优化策略:提高灵敏度与特异性
如何提高实验反应的灵敏度与特异性?
- 确定模板 RNA 完整性,无 DNA 污染。
- RNA 模板中不应含有扩增反应的抑制剂。
- 为了防止模板降解,在反应体系中加入 RNase 抑制剂 RNasin。
- 使用适量的模板 RNA,模板量太多会降低特异性,太少会导致扩增不出条带或条带太弱。
- 若模板中有二级结构,可通过提高逆转录反应温度来提高扩增效果。
- 设计引物时,避免在引物 3' 端含有互补序列,避免形成内部发卡结构。
PART 07常见问题解答(FAQ)
如何处理QPCR结果?
根据基因表达量的计算公式,基因表达量=2^-△△Ct,其中△△Ct=△Ct(实验组)-△Ct(对照组)。以验证基因A的敲低效果为例,实验分为对照组和实验组,每个样本设置三个复孔。先根据公式计算出△△Ct值,再计算出基因的表达量,取对照组的表达量的平均值,让所有的数据除以平均值,将对照组基因A的表达量定位100%。最后将整理好的数据在GraphPad作图即可。
如何验证提取的RNA是否合格?
一般使用紫外分光光度法,根据OD260和OD280,以及OD260和OD230的比值来判断。当OD260/OD280在1.8-2.0之间时,说明RNA的纯度合格,可用于后续试验;OD260/OD280<1.8,说明可能有蛋白质或酚类物质的污染;如在230nm处有吸收峰,说明RNA提取中引入了有机化合物和盐离子的污染。理想状态下OD260/OD230应当在2左右,如有污染比值会小于2。
RNA的质量好坏如何判断?
可以用电泳法检测RNA的完整性。跑胶结束后,在紫外灯的照射下,一般来说要有清晰的三条条带,5s、18s和28s rRNA,正常情况下28s最亮,其次是18s。如果28s条带暗于18s和5s,或者条带出现明显的拖尾,甚至整个条带弥散不清,说明RNA已经发生降解。
如何判断引物设计是否有问题?
设计QPCR引物时,要验证引物是否能有效扩增目的片段。首先看扩增曲线,如果引物能扩增目的片段,扩增曲线呈S型。如果呈指数增长型,可能是cDNA浓度过低,可适当增加cDNA浓度。再看溶解曲线,溶解曲线应该只有一个峰值,而且峰值的位置是在Tm附近,距离Tm较远,或存在多个峰值则需要重新设计引物。最后,如果怀疑仪器传感器问题,可以将QPCR产物做琼脂电泳,如果引物能扩增片段,会在80-250bp附近出现一个条带。
QPCR结果为什么没有差异?
可能是实验操作出现的问题。很多人存在一个误区,认为逆转录时加入体系的RNA总量越多越好。在配逆转录体系时,RNA模板的总量应控制在10pg-1μg之间,或mRNA模板的总量控制在10pg-500ng,超出这个范围反而会导致结果异常。以干扰为例,当整个mRNA都被逆转录的时候,干扰的mRNA量就明显会比对照组少很多。但如果RNA的总量过大,逆转录体系只能逆转录这个扇形区域的部分,可能就会出现没有差异的现象,甚至会出现干扰组的mRNA比对照组还要高的假象。
为什么在RNA提取时,RNA总量很低?
根据RNA提取的总流程,需要排除以下问题:①在RNA提取中细胞是否裂解充分,加入Trizol后要用移液器反复吹打,可把培养板密封好放置在显微镜下观察是否还有完整细胞;②要确保有足够的细胞量,一般12孔板一个孔作为一个样本,如果细胞体积大,就换成6孔板或者平皿;③提取RNA时加入的试剂比例正确,以Trizol为例,1ml的Trizol对应的是200微升的氯仿和500微升的异丙醇;④异丙醇加入后需要轻摇混匀,RNA溶液中异丙醇的浓度上不去是不会出现RNA沉淀的;⑤RNA出现沉淀后,要用乙醇洗涤沉淀两次,用记号笔标记沉淀位置,用DEPC水溶解时最好先加入10微升,溶解后检测浓度再稀释。
荧光定量PCR实验中无Ct值出现怎么办?
常见原因包括:①反应的循环数不够,一般要在35个循环以上,但是过多的循环次数可增加背景值;②检测荧光信号的步骤有误,SYBR Green法采用的是72℃延伸时采集荧光信号,TaqMan法则是在退火结束或延伸结束时进行信号采集;③引物或探针降解,可通过PAGE电泳检测其完整性;④模板量不足,对未知浓度的样品应从系列稀释样本的最高浓度做起;⑤模板降解,避免样品制备中杂质的引入及反复冻融的情况;⑥序列或者引物有误,检测样品中不含有待检测基因。
Ct值出现过晚(Ct>38)是什么原因?
常见原因包括:①扩增效率低,可优化反应条件、设计更好的引物或探针、改用三步法进行反应等;②模板降解或模板浓度太高;③试剂灵敏度不好,更换更高灵敏度、抗干扰的试剂;④检测基因结构复杂,高GC、复杂二级结构和长片段模板都会影响PCR扩增;⑤扩增产物太长,一般采用80-150bp的产物长度。
扩增效率低的原因有哪些?
①引物或探针不佳,重新设计更好的引物和探针;②反应试剂中部分成分特别是荧光染料降解;③反应条件不够优化,可调整退火温度或改为三步扩增法;④反应体系中有PCR反应抑制物,一般是加入模板时所引入,应先把模板适度稀释,再加入反应体系中,减少抑制物的影响。
溶解曲线不止一个主峰是什么原因?
①引物设计不够优化,应避免引物二聚体和非特异性扩增出现;②同源性比较高,被检测基因在待检测样品有同源性较高的序列;③模板有基因组的污染,RNA提取过程中避免基因组DNA的引入,或通过引物设计避免非特异扩增。
标准曲线线性关系不佳怎么办?
①加样/稀释误差,使得标准品不呈梯度;②标准品出现降解,应避免标准品反复冻融,或重新制备并稀释标准品;③引物或探针不佳,重新设计更好的引物和探针;④模板中存在抑制物,或模板浓度过高。
负对照有信号是什么原因?
①引物设计不够优化,应避免引物二聚体和发夹结构的出现;②模板有基因组的污染,RNA提取过程中避免基因组DNA的引入,或通过引物设计避免非特异扩增;③实验器材污染,移液器、水、枪头或者荧光定量PCR孔内有荧光污染。
如何提高实验反应的灵敏度与特异性?
①确定模板RNA完整性,无DNA污染;②RNA模板中不应含有扩增反应的抑制剂;③为了防止模板降解,在反应体系中加入RNase抑制剂RNasin;④使用适量的模板RNA,模板量太多会降低特异性,太少会导致扩增不出条带或条带太弱;⑤若模板中有二级结构,可通过提高逆转录反应温度来提高扩增效果;⑥设计引物时,避免在引物3'端含有互补序列,避免形成内部发卡结构。
避免RNA降解的方法有哪些?
①在用来验证完整性之前先在变性胶上分析RNA;②运用良好无污染的技术分离RNA;③将组织提取后立刻提取RNA,并将提取好的RNA反转录为cDNA进行低温保存。
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