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知识分享|一文了解实时荧光定量PCR(qPCR)技术的原理与分类

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Sep 5th,2024 1399 浏览量
实时荧光定量PCR技术(Realtime quantitative PCR,qPCR)是在PCR反应体系中添加荧光报告基团和荧光淬灭基团,通过荧光信号来实现对核酸分子的定量检测过程。
在反应过程中,PCR产物随着扩增反应的进行不断生成,荧光信号不断增加,进而可以通过荧光信号的变化对整个PCR过程进行实时监测,并通过标准曲线对原始模板进行定量分析。
本文将从实时荧光定量PCR的反应阶段、常用参数、定量分析原理、常见分类、不同方法的优劣势等五个方面进行详细介绍。

1、反应阶段
实时荧光定量PCR的整个反应过程可分为基线期、 指数期和平台期3个阶段:
  • 基线期:PCR反应刚开始,受背景信号的影响,荧光信号无明显变化,无法判断产物量的变化;

  • 指数期:随着循环数不断增加,PCR产物量的指数与DNA模板数呈线性关系;

  • 平台期:随着DNA聚合酶、dNTP和引物探针消耗殆尽,扩增信号达到稳定,不再增加,反应到达平台期。

2、常用参数
为了便于定量分析,在qPCR反应中引入了荧光阈值和循环阈值(Cyclethreshold,Ct)两个概念:
  • 荧光阈:是人为在荧光扩增曲线上设定的一个值。

  • Ct:是指在PCR反应过程中,每个反应管内的荧光信号达到设定阈值时所经历的循环次数。

3、定量分析原理
在反应体系中,若设计一定的荧光阈值,起始模板量越大,其达到荧光阈值所需的循环数越小,则Ct值越小。
在实验过程中,利用已知起始拷贝数的标准样品绘制标准曲线,由于待测样本PCR扩增产物数量与荧光基团发出的荧光强度呈对应关系,只要通过qPCR得到待测样本的Ct值,即可通过标准曲线计算待测样本的起始拷贝量。
4、常见分类
目前,根据所用荧光物质的化学原理和PCR检测的特异性,可将qPCR其分为两大类:
DNA染料法
荧光染料可以快速掺入DNA双链与之结合,发射荧光信号,而不掺入双链中的荧光染料分子不会发射任何荧光信号,可以对特异性和非特异性的PCR扩增产物进行检测,例如SYBR GreenI和Eva Green。
荧光探针法

可分为Taqman探针法和分子信标探针法。

①Taqman探针法是在PCR扩增时在加入一对引物的同时,再加入一个特异性的荧光探针,该探针两端分别标记一个报告荧光基团和一个淬灭荧光基团。

当探针完整时,报告基团发出的荧光信号正好被淬灭基团吸收,体系中没有荧光信号;随着反应的进行,探针被Taq酶的5’-3’外切酶酶切降解,使报告基团与淬灭基团分离,信号检测系统接收荧光信号。

②分子信标是种由于碱基互补形成的茎环结构的寡核苷酸,由于荧光基团与猝灭基团靠得很近,荧光被淬灭。

PCR扩增过程中随着DNA双链解链,信标的茎环与暴露的DNA靶序列杂交,互补区被拉开,致使荧光基团和泮灭基团之间距离增加,荧光恢复。

5、三种qPCR方法的优劣势

  1. DNA染料法可检测所有双链DNA扩增产物,包括非特异反应产物,如引物二聚体,不需要探针,因此减少了实验设计及运转成本,适合于大量基因的分析,简单易用;

    缺点是易产生假阳性现象。

  2. Taqman探针法对于不同的靶序列需要合成不同的探针,原料成本较高,仅检测特异性扩增产物,特异性优于DNA染料法,更适用于病原体检测。

  3. 分子信标法具有高灵敏、高特异、操作简便、灵敏度高、特异性强、还可用于活体分析等特点,但合成探针成本较昂贵。
    备注:文中图片来源于网络。

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