Biology">
Real Time Quantitative PCR A Tool For Absolute and Relative - En.es
Real Time Quantitative PCR A Tool For Absolute and Relative - En.es
Real Time Quantitative PCR A Tool For Absolute and Relative - En.es
com
DOI: 10.1002/bmb.21552
EJERCICIO DE LABORATORIO
básicos involucrados en RT-qPCR y el análisis de datos utilizando los métodos del manual y del
análisis de la curva de fusión. Este ejercicio de laboratorio proporciona todos los componentes
de pregrado y posgrado.
PALABRAS CLAVE
Biochem Mol Biol Educ.2021;1–13. wileyonlinelibrary.com/journal/bmb © 2021 Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular 1
2 HARSHITAYARUNRAJ
especificidad pero garantiza múltiples pasos secuenciales y la concentración de plantilla conocida se utiliza para la cuantificación. Los
bioinformática para cuantificar la expresión génica. SAGE es instrumentos tienen un software incorporado para facilitar el análisis de
técnicamente desafiante, de alto costo de análisis y requiere datos.13
experiencia en bioinformática. Los avances tecnológicos de alto El objetivo del módulo qPCR es impartir una comprensión
rendimiento ahora ayudan a perfilar la expresión del gen mRNA básica del principio, la sensibilidad, el poder de resolución y los
con más precisión en organismos modelo; microarray y RNA seq matices técnicos en el uso e interpretación de datos científicos
ayudan a analizar la expresión génica a nivel del transcriptoma, de un experimento biológico. El módulo qPCR está organizado
lo que permite la investigación paralela de vías multicelulares sin en tres sesiones: conocimiento tecnológico, cuantificación
un conocimiento previo del genoma. Aunque los microarrays y absoluta y cuantificación relativa. Brindamos información sobre
RNA-seq son tecnologías de alto rendimiento, son más caras. principios importantes como las características de los cebadores,
Implica un análisis posterior al ensayo para corregir la tasa de la eficiencia de la PCR y el análisis de la curva de fusión. Al
descubrimiento falso, bioinformática, estadísticas complejas y estudiante también se le presenta el software LC480 SW 1.5 paso
bastante desafiante en organismos que no son modelo.6 a paso para el análisis de datos y el cálculo manual.
de la plantilla. SYBR Green es uno de los productos químicos F. Comprender el análisis de datos
más utilizados; el tinte intercala el ADN de doble cadena
durante la extensión del cebador por la polimerasa. Aunque
estos tintes son comparativamente económicos y fáciles de 3| MATERIALES
usar, un inconveniente es que producen fluorescencia al
intercalarse con productos específicos y no específicos de la 3.1 | Cuantificación absoluta
reacción de PCR.11Las sondas de oligonucleótidos como las
sondas TaqMan y las sondas de hibridación FRET se utilizan El gen de neomicina fosfotransferasa II (nptII) se clonó en el
generalmente como indicadores fluorescentes para ensayos vector de clonación plásmido pUC18, se purificó y cuantificó;
de RT-qPCR de detección específica.12Sin embargo, diseñar la utilizado para preparar estándares.
sonda es difícil y costoso; por lo tanto, la cuantificación
absoluta y relativa basada en SYBR es indispensable.
3.2 | Cuantificación relativa
La qPCR en tiempo real tiene aplicaciones en varios campos
y se considera una técnica fundamental en los estudios El tabaco (Nicotiana tabaccum) modificado para producir muy poca
moleculares y genómicos. El método se usa ampliamente para la nicotina se usa para estudiar las variaciones en la expresión de los
cuantificación de genes y el análisis de la expresión mediante el genes Jaz1 y Jaz3 sensibles al ácido jasmónico (JA); las plantas de
empleo de dos métodos, a saber, la cuantificación relativa y tabaco con bajo contenido de nicotina tienen una expresión regulada
absoluta. El método de cuantificación relativa compara la a la baja de genes sensibles a JA. La plantilla de ARN se aisló de las
expresión génica de una muestra con otra, mientras que en el raíces de plantas de tabaco de tipo salvaje y con bajo contenido de
caso de la cuantificación absoluta, una curva estándar de nicotina, se cuantificó en una nanogota y se invirtió
HARSHITAYARUNRAJ 3
se transcribe para producir la primera cadena de ADNc. Este herramienta de búsqueda de cebadores para capacitar a los estudiantes
ADNc se usó en el ensayo de cuantificación relativa. El gen de en el diseño de cebadores para ensayos de qPCR (https://
referencia utilizado fue ATPasa. www.idtdna.com/Primerquest/Home/ Index). En general, se siguen los
siguientes criterios para diseñar cebadores para la amplificación
específica de objetivos con fines de cuantificación. Los estudiantes reciben
3.3 | quimicos las siguientes instrucciones: el tamaño de amplicón preferido debe ser de
75 a 150 pb, pero puede usar más si es necesario (los amplicones más
1. Plantilla (ADNc o ADN plásmido) cortos brindan eficiencias de PCR más altas, usamos amplicones
2. Cicladora de luz®480 SYBR Green Master Mix (Código de ligeramente más largos [150 a 200 pb] que nos permiten validar los
catálogo: Roche #04707516001) ensayos ), 40–60% de contenido de GC,Tmetrocerca de 60-C, abrazadera 2G/
3. Tampón Tris 10 mM pH 8,0 C en el extremo 3', evita corridas de mono, di o trinucleótidos, evita homo
4. Cebadores (Tabla S1) y heterodimerización de los cebadores y regiones únicas en el objetivo.
5. Agua MilliQ Los pares de cebadores elegidos se validan de forma cruzada utilizando
otro programa de diseño de cebadores (como Oligo™o Primer3).
3.4 | Consumibles
4.1.3 | Eficiencia de PCR
1. Micropipeta de 2–20 μl y puntas
2. Micropipeta de 20–200 μl y puntas La eficacia de la PCR del ensayo qPCR se valida mediante la
3. Placas PCR en tiempo real linealidad de la curva estándar. La eficiencia de amplificación
4. Tubos de microcentrífuga debe estar entre 90% y 110% para una cuantificación confiable y
precisa; las fluctuaciones en la eficiencia producen una variación
más significativa en los datos cuantificados y tienden a
4 | PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL sobrestimar o subestimar la expresión génica.
método. Utilizamos el gen de neomicina fosfotransferasa 2 Por lo tanto, use 5,4 μl del ADN plasmídico para agregar a
(nptII) clonado en pUC18 en otro curso de laboratorio como 44,6 μl de agua MilliQ para obtener una copia de 109(copias/μl).
estándar. Los estándares y muestras fueron preparados por los Consideremos esto como el primer estándar (Std.1). Ahora,
estudiantes como se describe más adelante en la sección. Aquí, diluya en serie el estándar 1 para hacer los estándares 2 a 5
usamos cinco estándares de números de copias conocidos y dos (std2, std3, std4, std5) de concentraciones de 1 a 108, 1 - 106, 1 -
muestras de números de copias desconocidos. El experimento 104, 1 - 102, y 1 - 101, respectivamente.
se realizó por duplicado con controles positivos y sin plantilla Para garantizar una cuantificación precisa, se preparan
apropiados (NTC). El tipo de placa más utilizado es una placa de suficientes rangos de dilución para cubrir el rango esperado de
96 pocillos; hay dos tipos: placas blancas y transparentes, un copias de las muestras. Se debe utilizar un mínimo de 5 a 6
artículo propietario. Los estudiantes cargan los estándares y las estándares para la construcción de una curva estándar. Para una
muestras en la placa, como se muestra en la Tabla S2 (S, solución madre de 10 ng/μl y una longitud de 1000 pb, use los
estándar; U, desconocido; NTC, control sin plantilla). cálculos que se dan en la Tabla S3.
3. Los genes apropiados clonados en el plásmido se utilizan para 3. Si hay muchas muestras a analizar, es
preparar estándares para la cuantificación absoluta. recomendable hacer un cóctel.
4. Siempre que sea posible, se prefiere un cóctel de reacción. 4. La mezcla de SYBR Green I Master mix, el agua de RT PCR y el cebador
5. Utilice los controles apropiados. se mezclaron, agitaron en vórtex y se centrifugaron durante unos
segundos.
5. Esta mezcla de reacción se cargó en la placa de PCR en tiempo real
4.2.3 | Preparación de la plantilla como se indica en la Tabla S2.
6. Se agregó la plantilla (estándar/muestra) a la placa.
La forma más conveniente de crear un estándar de ADN es 7. NTC es obligatorio en todos los experimentos en tiempo real.
clonar un producto de PCR en un vector estándar. Después de 8. El contenido de la placa se mezcla en un agitador de
determinar la concentración de ADN plasmídico, el número de placas.
copias de los estándares se calcula utilizando el siguiente sitio 9. A continuación se proporciona el programa de PCR de cuantificación absoluta.
web: https://www.thermofisher.com/in/en/home/brands/
thermo-scientific/molecular-biology/molecular-biologylearning
-center/molecular-biology-resource-library/thermoscientific-web- 4.2.5 | Condición de reacción de PCR
tools/dna-copy-number-calculator.html.
Usando el sitio anterior, ilustramos cómo preparar la plantilla Las condiciones de reacción incluyen una desnaturalización inicial de
para usar como los estándares a continuación. Por ejemplo, si la 95-C durante 7 min, 35 ciclos de desnaturalización a 95-C durante 20
concentración del ADN del plásmido es de 100 ng/μl, use 10 μl para s, recocido a 55-C por 20 s, y extensión a 72-C durante 20 s durante
agregar a 90 μl de agua MilliQ o tampón tris para diluirlo en 10-; por los cuales se adquiere la fluorescencia. Después del programa de
lo tanto, la concentración se convierte en 10 ng/μl. Ahora, veamos los PCR, la curva de fusión captura la fluorescencia continuamente de 65
datos de entrada requeridos para generar el número de copia para a 95-C con 0.5-Incremento de C por minuto.
usar como estándares.
Masa molar por par de bases: 650 (g/mol)/pb
Para un fragmento de ADN personalizado (suponga que la longitud del 4.2.6 | Análisis de los datos
fragmento es de 1 Kb): 1000 pb
Concentración de la solución madre: 10 ng/μl Para la Los estudiantes reciben insumos para verificar la calidad del
preparación del número de copias deseado: ensayo de expresión génica absoluta. Los parámetros que
Concentración deseada: 109copias/μl Volumen total: evalúan los estudiantes incluyen el punto crítico (Cq), la
50 μl naturaleza de la curva de amplificación, curva de fusión,
Resultados: desviación estándar entre réplicas técnicas, NTC y ecuación
Volumen de stock: 5,4 l. Agua MilliQ de la curva estándar. Posteriormente, se ilustra a los grupos
o tampón tris: 44,6 μl. de estudiantes sobre el cálculo manual de valores absolutos.
HARSHITAYARUNRAJ 5
expresión utilizando la curva estándar trazando el registro de recocido a 55-C por 20 s, y extensión a 72-C durante 20 s.
números de copia a lo largo de laX-eje y sus respectivoscq Después de 35 ciclos, se realiza una curva de fusión
valores a lo largo dey-eje. Además, se demostró el uso del reduciendo la temperatura a 65-C y aumentándolo a 95-C con
software Roche LC480 SW versión 1.5 para analizar la un 0.5-Incremento de C por minuto. La captura de
cuantificación absoluta de la expresión génica. fluorescencia se realiza durante el paso de extensión ya lo
largo de la curva de fusión.
FIGURA 1 Lo esencial
parámetros para el análisis de valores
absolutos y relativos
5.2.1 | Investigaciones estudiantiles del por el pico único en la curva de fusión, lo que confirma el gen
ensayo qPCR objetivo (Figura 2c).
FIGURA 2 Se muestran las características del ensayo de cuantificación absoluta. La curva de amplificación de los estándares (a), el estándar
curva generada por el software LC480 SW 1.5 (b), la especificidad del objetivo amplificada evidenciada a través de los picos de fusión (c) y la construcción de la curva
estándar manualmente usandocqse muestran los valores y el registro de los números de copia de los estándares utilizados (d)
El número de copias del gen objetivo en las muestras ecuación para la línea de regresión lineal [y = mx + c,o Cq = metro (
desconocidas UNK1 y UNK2 se calculó como 879 y 553. número de copia de registro) +C]fue generado (Figura 2d)). Sobre la
Los mismos datos se analizaron manualmente para calcular base de la ecuación, se calcularon los números de copias presentes
el número absoluto de copias. Los estudiantes dibujan una curva en la muestra desconocida (Tabla 2). Por lo tanto, los números de
estándar trazando el registro de números de copias a lo largo de copias calculados de las muestras desconocidas UNK1 y UNK2 fueron
laX-eje y sus respectivoscqvalores a lo largo dey-eje. El 882 y 553, respectivamente. El
HARSHITAYARUNRAJ 9
TABLA 1 Cuantificación absoluta del número de copias utilizando la curva estándar en la plataforma Roche LC480
TABLA 2 Cuantificación absoluta del número de copias utilizando el método de la curva estándar (y =3.4581x +32.506)
Significar copia estándar Copia media calculada Registro del número Copia de registro calculada Copiar
Muestra CP número número medio de copias número número
ETS1 23.59 4.00E+02 3.78E+02 2.5774918 2.578368999 378.7642657
los estudiantes confirman que ambos métodos proporcionan números de 5.3.1 | Análisis de los datos
copia idénticos en las muestras desconocidas.
Los estudiantes utilizan el software Roche LC480 SW versión 1.5
para analizar la cuantificación relativa de la expresión génica. El
5.3 | Sesión de laboratorio 3: funcionamiento paso a paso del software se proporciona en el
Cuantificación relativa Apéndice S1. El software calcula la mediacqvalores para las
réplicas y valida elcqbasado en la desviación estándar. Una vez
Los genes Jaz1 y Jaz3 sensibles al ácido jasmónico (JA) se válidocqse obtienen los valores, calcula el cambio de pliegue
analizaron en plantas de tabaco de tipo salvaje y bajas en usando el método de Eficiencia (Tabla 3). La normalización se
nicotina con ATPasa como gen de referencia. En la cuantificación realizó utilizando la media del gen de referencia.cqvalor para
relativa, un gen de referencia es obligatorio en cada anular la variación en la plantilla. La expresión génica
experimento para calcular la(s) expresión(es) del gen objetivo. normalizada se presenta como un cambio de pliegue en el gen
Los estudiantes inspeccionan la curva de amplificación,cq objetivo con referencia al tipo salvaje. El cambio de pliegue del
valores, desviación estándar, curva de fusión y pico de fusión de tipo salvaje es 1; un cambio de pliegue en el gen diana de más
los genes objetivo y de referencia (Jaz1, Jaz3 y ATPasa) para de dos se considera regulado al alza, mientras que un cambio de
calificar el ensayo (Figura 3a-c). Los estudiantes utilizan tanto el pliegue inferior a uno se considera regulado a la baja. La
software LC480 SW 1.5 como el método manual para calcular el expresión normalizada de los genes objetivo se calcula y se
cambio en la expresión de los genes objetivo. muestra como una tabla y como una barra
10 HARSHITAYARUNRAJ
FIGURA 3 Se representan las características del ensayo de cuantificación relativa en una plataforma LC480. Las curvas de amplificación (a), fusión
se presentan las curvas (b) y los picos de fusión (c) de los genes de referencia y diana. Se muestra la expresión génica normalizada de los genes diana Jaz1 y Jaz3 en
tabaco con bajo contenido de nicotina en comparación con el tabaco de tipo salvaje utilizando el software LC480 SW 1.5 (d) y utilizando varios métodos
manualmente (e). Las barras de error representan la desviación estándar
diagrama (Figura 3d,e). Los estudiantes calculan la expresión relativa Cuantificación relativa usando 2–ΔΔConnecticutmétodo
de los genes objetivo (Jaz1 y Jaz3) calculada manualmente de la El 2–ΔΔConnecticutEl método para el análisis de la expresión génica
siguiente manera: relativa se usa ampliamente y es fácil de realizar.17Un general
HARSHITAYARUNRAJ 11
TABLA 3 Expresión relativa de genes sensibles a JA Jaz1 y Jaz3 en tabaco Roche LC480 plataforma SW 1.5
La suposición utilizada en este método es que tanto los genes diana Cuantificación relativa usando ΔConnecticutmétodo
como los de referencia se amplifican con eficiencias de El ΔConnecticutEl método que utiliza un gen de referencia es más
aproximadamente el 100 % (es decir,mi =2). sencillo de realizar. Este método utiliza la diferencia entre el
Para Jaz1: Connecticut valores de los genes de referencia y diana para cada
muestra. Supongamos que los valores de expresión resultantes
ΔCqdprueba¼cqgen dianadpruebaÞcqgen de referenciadpruebaÞ obtenidos se dividen por el valor de expresión de la muestra de
ΔCqdnicotina baja¼cqJaz1dnicotina bajaÞ control; el resultado será el mismo que el método de Livak.
Cálculos: final del módulo. Por ejemplo, se pidió a los estudiantes que
Para Jaz1: diseñaran cebadores de qPCR para un gen hipotético y comentaran
sobre la estadística del cebador y/oConnecticutSe proporcionaron los
Relación¼ ðmiJaz1ÞΔCqJaz1dNicotina baja salvajeÞ= valores de un experimento hipotético para calcular el nivel de
expresión de los genes. Las dificultades típicas de los estudiantes
dmiATPasaÞΔCqATPasadNicotina baja salvajeÞ
que se abordaron durante el módulo de qPCR fueron, en primer
dóndemi =Eficiencia de amplificación. lugar, la plantilla de ARN de baja calidad con la subsiguiente
eficiencia de amplificación deficiente y las fluctuaciones en el cambio
Expresión relativa de Jaz1¼ ð2Þd29:04 30:59Þ=ð2Þd27:18 26:74Þ de pliegue, y el segundo, el pipeteo inconsistente que condujo a un
punto crítico alto (Cq)desviación estándar entre las réplicas técnicas.
donde Eficiencia (mi) =2.
Finalmente, la PCR en tiempo real es uno de los mejores
Expresión relativa del gen de prueba¼ ð2Þd1:55Þ=ð2Þd0:44Þ métodos para la cuantificación de genes y el análisis de la expresión
de genes. Es altamente sensible y por lo tanto facilita una gran
Expresión relativa del gen de prueba¼0:3415=1:356 precisión en menos tiempo.20Es un método preciso, rápido, sensible
y económico y se considera un método muy efectivo en genómica
funcional.3,21,22Dada la importancia de la qPCR, es esencial conocer
Expresión relativa del gen de prueba¼0:251
las características técnicas y analíticas para realizar ensayos robustos
de cuantificación y expresión génica. Por lo tanto, este módulo
Por lo tanto, las plantas bajas en nicotina expresan Jaz1 0,25 proporciona todos los elementos básicos y esenciales de qPCR, como
veces en comparación con las plantas de tipo salvaje. la configuración de la reacción, el control de calidad, el análisis de
Para Jaz3: datos, el cálculo manual y la interpretación de datos para que sean
reproducibles en cursos de laboratorio de pregrado y posgrado.
Relación¼ ðmiJaz3ÞΔCqJaz3dSalvaje nicotina bajaÞ=
lo que respalda el argumento de que la respuesta de JA está regulada al enfermedades del ganado notificables a la organización mundial de salud
animal. Microbiol veterinario. 2009; 139: 1–23. https://doi. org/10.1016/
alza en plantas con bajo contenido de nicotina.
j.vetmic.2009.04.034.
5. Chhalliyil P, Ilves H, Kazakov SA, Howard SJ, Johnston BH, Fagan J. Un
método de PCR cuantitativo en tiempo real específico para la
5.3.2 | Evaluación de los estudiantes y errores detección y cuantificación de la primera planta editada con genoma
frecuentes comercializada. Alimentos. 2020;9:1245. doi.org/10.3390/
foods9091245.
Los estudiantes fueron evaluados a través de un cuestionario que 6. Fryer RM, Randall J, Yoshida T, Hsiao LL, Blumenstock J, Jensen KE,
evaluó el nivel de comprensión y las habilidades analíticas en el et al. Análisis global de la expresión génica: métodos,
HARSHITAYARUNRAJ 13
interpretación y trampas. Exp. Nephrol. 2002;10:64–74. 16. Adeola F. Normalización de la expresión génica mediante RT-PCR
https://doi.org/10.1159/000049901. cuantitativa en línea celular humana: comparación de 12 genes
7. Maddocks S, Jenkins R. PCR cuantitativa: aspectos a tener en cuenta. endógenos de referencia. Etíope J Health Sci. 2018;28:741–8.
Comprender la PCR. 1, EE. UU.: Prensa académica; 2017;45–52. 17. Livak KJ, Schmittgen TD. Análisis de datos de expresión génica
8. Klein D. Cuantificación mediante tecnología PCR en tiempo real: relativa mediante PCR cuantitativa en tiempo real y el método 2-
aplicaciones y limitaciones. Tendencias Mol Med. 2002;8:257–60. ΔΔCT. Métodos. 2001;25:402–8.
https://doi.org/10.1016/S1471-4914(02)02355-9. 18. Pfaffl M. Estrategias de cuantificación en PCR en tiempo real. AZ Quant PCR.
9. Nutz S, Doll K, Karlovsky P. Determinación del LOQ en PCR en tiempo 2004; 1:87–112.
real mediante el análisis de la curva característica operativa del 19. MW de Pfaffl. Un nuevo modelo matemático para la cuantificación relativa
receptor: aplicación a ensayos de qPCR paraFusarium verticillioidesy en RT-PCR en tiempo real. Ácidos Nucleicos Res. 2001;29:e45.
F. proliferatum.Química anal bioanal. 2011;401:717–26. https:// 20. Manali KM, Arunraj R, Kumar T, Ramya M. Detección de cianobacterias
doi.org/10.1007/s00216-011-5089-x. productoras de microcistina en suplementos dietéticos de espirulina
10. Broeders S, Huber I, Grohmann L, Berben G, Taverniers I, Mazzara M, mediante PCR cuantitativa multiplex HRM. Phycol de aplicación J.
et al. Directrices para la validación de métodos cualitativos de PCR en 2017;29:1279–86.
tiempo real. Tendencias Food Sci Technol. 2014;37:115–26. https:// 21. Espy MJ, Uhl JR, Sloan LM, Buckwalter SP, Jones MF, Vetter EA, et
doi.org/10.1016/j.tifs.2014.03.008. al. PCR en tiempo real en microbiología clínica: aplicaciones para
11. Boulter N, Suarez FG, Schibeci S, Sunderland T, Tolhurst O, Hunter pruebas de laboratorio de rutina. Clin Microbiol Rev. 2006;
T, et al. Un método simple, preciso y universal para la 19:165–256.
cuantificación de PCR. BMC Biotecnología. 2016;16:27. 22. Kamle S, Ali S. Cultivos genéticamente modificados: estrategias de detección y
12. Navarro E, Serrano-Heras G, Castano MJ, Solera J. Química de problemas de bioseguridad. Gene. 2013;522:123–32.
detección de PCR en tiempo real. Clin Chim Acta. 2015;439:231–50.
13. Stephenson FH. Capítulo 9: PCR en tiempo real. En: Stephenson FH,
editor. Cálculos para biología molecular y biotecnología. 3ra ed. EE. INFORMACIÓN DE SOPORTE
UU.: Prensa académica; 2016. pág. 215–320. Puede encontrar información de apoyo adicional en línea
14. Arunraj R, Samuel MA. La integración de la eficiencia de amplificación en la sección Información de apoyo al final de este
en el análisis de qPCR permite la cuantificación precisa y relativa de la artículo.
abundancia de transcritos de genes de grandes familias de genes
utilizando ARN aislado de tejidos difíciles. Breve función genómica.
2018;17:147–50. Cómo citar este artículo:Harshitha R, Arunraj DR. PCR
15. De Spiegelaere W, Dern-Wieloch J, Weigel R, Schumacher V, Schorle H, cuantitativa en tiempo real: Una herramienta para la
Nettersheim D, Bergmann M, Brehm R, Kliesch S, Vandekerckhove L,
cuantificación absoluta y relativa. Biochem Mol Biol Educ.
Fink C. Validación de genes de referencia para RTqPCR, una nota
2021;1–13.https://doi.org/10.1002/bmb. 21552
sobre diferentes programas disponibles paquetes MÁS UNO.
2015;10:3:e0122515. http://dx.doi.org/10.1371/journal.
teléfono.0122515.