StatQuest学习笔记02——样本量与重复 StatQuest学习笔记02—

前言这是StatQuest视频教程的第6、第7个。
技术重复现在考虑一个场景，我们要对一批人进行采血，并对这些血样进行基因表达的分析。此时我们先对A进行采血，A的血样我们会检测3次，这3次就叫技术重复（technical replicates），因为我们是对同一个样品进行了测序，研究其基因表达谱，这其实类似于我们做RT-qPCR中的复孔（RT-qPCR我们通常对同一个样本的同一个基因做3个复孔）。
做技术重复我们要解决的问题是：

能够对一个人的基因表达谱进行更加精确地检测；
能够评估一次实验数据是否精确，例如我们做了3次技术重复，这3次结果都非常接近，那么这批数据就非常可信，相反，如果这3次结果差异很大，那么这批数据就不太可信。通常来说，如果我们开发出了一种新的检测方法，3次技术重复是必不可少的。

再看下面的案例：

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image 如果我们对同一个人采血，采血了3次，对这3次分别检测他的基因表达，这3次实验我们也认为是技术重复，因为此时研究的对象是同一个人。此时我们从这3次实验中可以获知一些方法之外的信息，因为这3次实验的差异（差异可能很小），可能与一些除了检测方法之外的因素有关。
生物学重复现在我们再看一种情况，此时有三个人，分别为A，B，C，我们分别取他们的血样，进行基因检验，如下所示：

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image 这三个分别来自于A，B，C三个人（男性）的重复称为生物学重复，生物学重复主要是为了研究一类对象中的基因表达情况，这个一类对象可以是人类，或者是小鼠，或者是植物，或者是细胞系（cell lines）。这个实验主要是为了研究男性的基因表达情况，从这些数据中你不太可能知道女性的基因表达情况。如果我只想研究Y染色体的基因表达情况，这就是一个很好的实验。但是，如果我想研究整个人类（包括男性与女性）的基因表达情况，我还需要检测女性的基因表达情况，然后汇总起来分析。
再来看一个情况。如果只检测A的基因表达情况，那么最终的结果只能说是研究了A的基因表达情况，而不是B或C的基因表达，如下所示：

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image 技术重复和生物学重复的使用在实际运用过得中，可以联合使用生物学重复和技术重复，这主要取决于实验类型。有时候如果增加更多的生物学重复，就可以不用技术重复，如果看文献的话，我们经常看到，某实验检测了几十个某病毒的基因表达谱，这些数据通常就不做技术重复，另外，还有一些实验，例如使用的是细胞系，细胞系的样本之间通常差异很小，都是由一个克隆长出来的，因此细胞系的通常也不做技术重复，只做2个生物学重复就行（有的还是做3个生物学重复），如下所示：

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image 样本量（simple size）试想以下场景：

我们对蓝色男性的基因表达有兴趣；
我们是一个小鼠遗传学家，我们可以把这个蓝色的对象视为一种特殊品系的小鼠，例如C57BL/6；
我们对植物感兴趣，此时我们把这个蓝色的对象视为某个品种的树木。

先看第一种场景：我们要对这三个蓝色男性（此时这个蓝色男性不再表示一个人，而是某个民族，例如汉族）进行采血，然后检测其基因表达，如下所示：

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image 这样，我们就检测了3次汉族男性的基因表达情况，此时我们用N来表示样本数目，此时N=3。即使我们对每个血液样本检测了2次基因表达情况，如下所示，此时的样本数目仍然是3：

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image 其中一个样本的2次检测就是技术重复，只是用于评估基因检测方法是否精确，它不会告诉我们这3个样本之间的差异。如果我们研究基因检测方法的精确性，那么我们就需要多进行几次技术重复，如下所示：

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image 此时，N=4（这个4表示对一个样本做了4次技术重复，注意与前面的生物学重复进行区分），我们要注意，技术重复只是在描述一个方法时才有意义。
有效样品量（effective sample size） 【StatQuest学习笔记02——样本量与重复】此时我们看一种比较复杂的情况，现在我们要研究一些男性基因表达谱的常规特征，这个时候就需要检测多个不同的男性，如下所示：

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image 在这个方案里，我们要检测除了蓝色男性之外的其他男性的基因表达情况，也就是说，我们要检测蓝色，黄色，绿色男性的基因表达情况，此时N=3。此到很好理解N=3，但是，如果蓝色是双胞胎，我们检测了这4个人的基因表达情况，也就是如下所示的情况，此时N值就不一定等于3了，如果说N值为4，也有点不太对劲，如下所示：