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实时荧光定量PCR

来源:动视网 责编:小OO 时间:2025-09-26 19:57:27
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实时荧光定量PCR

实时荧光定量PCR  实时荧光定量PCR实时荧光定量PCR技术于1996年由美国AppliedBiosystems公司推出,由于该技术不仅实现了PCR从定性到定量的飞跃,而且与常规PCR相比,它具有特异性更强、有效解决PCR污染问题、自动化程度高等特点,目前已得到广泛应用。本文试就其定量原理、方法及参照问题作一介绍。目录实时荧光定量PCR原理内标在传统定量中的意义内标对荧光定量PCR的影响PCR仪在国内的发展状况产品突出特性展开编辑本段实时荧光定量PCR原理所谓实时荧光定量PCR技术,是指在P
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导读实时荧光定量PCR  实时荧光定量PCR实时荧光定量PCR技术于1996年由美国AppliedBiosystems公司推出,由于该技术不仅实现了PCR从定性到定量的飞跃,而且与常规PCR相比,它具有特异性更强、有效解决PCR污染问题、自动化程度高等特点,目前已得到广泛应用。本文试就其定量原理、方法及参照问题作一介绍。目录实时荧光定量PCR原理内标在传统定量中的意义内标对荧光定量PCR的影响PCR仪在国内的发展状况产品突出特性展开编辑本段实时荧光定量PCR原理所谓实时荧光定量PCR技术,是指在P
实时荧光定量PCR

  

实时荧光定量PCR

实时荧光定量PCR技术于1996年由美国Applied Biosystems公司推出,由于该技术不仅实现了PCR从定性到定量的飞跃,而且与常规PCR相比,它具有特异性更强、有效解决PCR污染问题、自动化程度高等特点,目前已得到广泛应用。本文试就其定量原理、方法及参照问题作一介绍。

目录

实时荧光定量PCR原理

内标在传统定量中的意义

内标对荧光定量PCR的影响

PCR仪在国内的发展状况

产品突出特性

展开

编辑本段实时荧光定量PCR原理

  所谓实时荧光定量PCR技术,是指在PCR反应体系中加入荧光基团,利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程,最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法。

1. Ct 值的定义

  在荧光定量PCR技术中,有一个很重要的概念 -- Ct值。C代表Cycle,t代表threshold,Ct值的含义是:每个反应管内的荧光信号到达设定的域值时所经历的循环数(如图1所示)。

2. 荧光域值(threshold)的设定

  PCR反应的前15个循环的荧光信号作为荧光本底信号,荧光域值的缺省设置是3-15个循环的荧光信号的标准偏差的10倍,即:threshold = 10 ′ SDcycle 6-15

3. Ct值与起始模板的关系

研究表明,每个模板的Ct值与该模板的起始拷贝数的对数存在线性关系,起始拷贝数越多,Ct值越小。利用已知起始拷贝数的标准品可作出标准曲线,其中横坐标代表起始拷贝数的对数,纵坐标代Ct值。因此,只要获得未知样品的Ct值,即可从标准曲线上计算出该样品的起始拷贝数。

实时定量PCR是测量PCR产物多少的,跟什么DNA半保留复制没有关系。

fold指“倍数”,比如PCR产物是原来的2倍,那么fold=2,log2(fold)=1;4倍,那么fold=4,log2(fold)=2。对数是啥不用解释了吧...

其实就是把纵坐标缩小了而已,这样作图比较容易。比如产物变为1024倍,要是这么作图纵坐标要画到1024,想想吧...但是log2(fold)=10,画起来比较容易。

罗嗦一句,做PCR的话,产物基本都是原来的几十万倍....

Rn(Normalized reporter)是荧光报告基团的荧光发射强度与参比染料的荧光发射强度的比值。△Rn:△Rn是Rn扣除基线后得到的标准化结果(△Rn = Rn –基线)。

4. 荧光化学

  荧光定量PCR所使用的荧光化学可分为两种:荧光探针和荧光染料。现将其原理简述如下:

  1)TaqMan荧光探针:PCR扩增时在加入一对引物的同时加入一个特异性的荧光探针,该探针为一寡核苷酸,两端分别标记一个报告荧光基团和一个淬灭荧光基团。探针完整时,报告基团发射的荧光信号被淬灭基团吸收;PCR扩增时,Taq酶的5'-3'外切酶活性将探针酶切降解,使报告荧光基团和淬灭荧光基团分离,从而荧光监测系统可接收到荧光信号,即每扩增一条DNA链,就有一个荧光分子形成,实现了荧光信号的累积与PCR产物形成完全同步。而新型TaqMan-MGB探针使该技术既可进行基因定量分析,又可分析基因突变(SNP),有望成为基因诊断和个体化用药分析的首选技术平台。

  2)SYBR荧光染料:在PCR反应体系中,加入过量SYBR荧光染料,SYBR荧光染料特异性地掺入DNA双链后,发射荧光信号,而不掺入链中的SYBR染料分子不会发射任何荧光信号,从而保证荧光信号的增加与PCR产物的增加完全同步。

编辑本段内标在传统定量中的意义

1. 几种传统定量PCR方法简介:

  1)内参照法:在不同的PCR反应管中加入已定量的内标和引物,内标用基因工程方法合成。上游引物用荧光标记,下游引物不标记。在模板扩增的同时,内标也被扩增。在PCR产物中,由于内标与靶模板的长度不同,二者的扩增产物可用电泳或高效液相分离开来,分别测定其荧光强度,以内标为对照定量待检测模板。

  2)竞争法:选择由突变克隆产生的含有一个新内切位点的外源竞争性模板。在同一反应管中,待测样品与竞争模板用同一对引物同时扩增(其中一个引物为荧光标记)。扩增后用内切酶消化PCR产物,竞争性模板的产物被酶解为两个片段,而待测模板不被酶切,可通过电泳或高效液相将两种产物分开,分别测定荧光强度,根据已知模板推测未知模板的起始拷贝数。

  3)PCR-ELISA法:利用地高辛或生物素等标记引物,扩增产物被固相板上特异的探针所结合,再加入抗地高辛或生物素酶标抗体-辣根过氧化物酶结合物,最终酶使底物显色。常规的PCR-ELISA法只是定性实验,若加入内标,作出标准曲线,也可实现定量检测目的。

2.内标在传统定量中的作用

  由于传统定量方法都是终点检测,即PCR到达平台期后进行检测,而PCR经过对数期扩增到达平台期时,检测重现性极差。同一个模板在96孔PCR仪上做96次重复实验,所得结果有很大差异(见图4),因此无法直接从终点产物量推算出起始模板量。加入内标后,可部分消除终产物定量所造成的不准确性。但即使如此,传统的定量方法也都只能算作半定量、粗略定量的方法。

编辑本段内标对荧光定量PCR的影响

1.实时荧光定量PCR无需内标

  实时荧光定量PCR技术有效地解决了传统定量只能终点检测的局限,实现了每一轮循环均检测一次荧光信号的强度,并记录在电脑软件之中,通过对每个样品Ct值的计算,根据标准曲线获得定量结果。因此,实时荧光定量PCR无需内标是建立在两个基础之上的:

  1)Ct值的重现性PCR循环在到达Ct值所在的循环数时,刚刚进入真正的指数扩增期(对数期),此时微小误差尚未放大,因此Ct值的重现性极好,即同一模板不同时间扩增或同一时间不同管内扩增,得到的Ct值是恒定的。

  2)Ct值与起始模板的线性关系由于Ct值与起始模板的对数存在线性关系,可利用标准曲线对未知样品进行定量测定,因此,实时荧光定量PCR是一种采用外标准曲线定量的方法。

2.内标对实时荧光定量PCR的影响

  若在待测样品中加入已知起始拷贝数的内标,则PCR反应变为双重PCR,双重PCR反应中存在两种模板之间的干扰和竞争,尤其当两种模板的起始拷贝数相差比较大时,这种竞争会表现得更为显著。但由于待测样品的起始拷贝数是未知的,所以无法加入合适数量的已知模板作为内标。也正是这个原因,传统定量方法虽然加入内标,但仍然只是一种半定量的方法。

  美国Texas大学的科研人员进行了外标法定量和内标法定量的方法学比较,得出的结论是:内标法作为定量或半定量的手段是不可靠的,而外标准曲线的定量方法是一种准确的、值得信赖的科学方。

  Applied Biosystems公司的7700型实时荧光定量PCR仪是全球公认的荧光定量PCR的金标准,可实现多色荧光同时检测,但定量检测仍然采用外标准曲线的方法,而不用内标进行定量。

  综上所述,利用外标准曲线的实时荧光定量PCR是迄今为止定量最准确,重现性最好的定量方法,已得到全世界的公认,广泛用于基因表达研究、转基因研究,药物疗效考核、病原体检测等诸多领域。

  荧光PCR是分子诊断的热点技术,它将先进的定量PCR与实时PCR技术相结合,西安天隆生产的国产实时荧光定量PCR仪为肝炎艾滋病等重大疾病的定量核酸检测及分子诊断、同时也为沙门氏菌阪崎氏肠杆菌等食品安全检测提供了先进手段。即使在发达国家,荧光定量PCR仪和基因扩增仪都被广泛用于临床及生物学、医学研究。由于其极高的灵敏度、极宽的检测范围,以及精确定量、方便快速、无窗口期等优点,美国FDA及我国国家标准已将定量PCR仪规定为确诊禽流感等传染病以及奶粉等食品安全检测的必备仪器。

  实时荧光定量PCR仪(real-time qPCR)的发明实现了荣获诺贝尔化学奖的PCR核酸检测、分子诊断的技术飞跃。

编辑本段PCR仪在国内的发展状况

  西安天隆科技有限公司生产的处于国际领先水平的TL988型实时荧光定量PCR仪适用于临床及科研以聚合酶链式反应为特征的、以实时荧光定量检测分析DNA/RNA为目的的病原体检测及基因分析。

临床疾病诊断:

  各型肝炎、艾滋病、禽流感、结核、性病等传染病诊断和疗效评价;地中海贫血、血友病、性别发育异常、智力低下综合症、胎儿畸形等优生优育检测;肿瘤标志物及瘤基因检测实现肿瘤病诊断;遗传基因检测实现遗传病诊断。

动物疾病检测:

  禽流感、新城疫、口蹄疫、猪瘟、沙门菌、大肠埃希菌、胸膜肺炎放线杆菌、寄生虫病等、炭疽芽孢杆菌。

食品安全:

  食源微生物、食品过敏源、转基因、乳品企业阪崎肠杆菌等检测。

科学研究:

  医学、农牧、生物相关分子生物学定量研究。

应用行业:

  各级各类医疗机构、大学及研究所、CDC、检验检疫局、兽医站、食品企业及乳品厂等。

  由于qPCR是实时定量检测致病病原体基因核酸,因此它比化学发光、时间分辨、蛋白芯片等免疫学方法更具独到优势。

技术原理:

  标记有荧光素的Taqman探针与模板DNA混合后,完成高温变性,低温复性,适温延伸的热循环,并遵守聚合酶链反应规律,与模板DNA互补配对的Taqman探针被切断,荧光素游离于反应体系中,在特定光激发下发出荧光,随着循环次数的增加,被扩增的目的基因片段呈指数规律增长,通过实时检测与之对应的随扩增而变化荧光信号强度,求得CT值,同时利用数个已知模板浓度的标准品作对照,即可得出待测标本目的基因的拷贝数。

实时荧光定量PCR

聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)可对特定核苷酸片断进行指数级的扩增。在扩增反应结束之后,我们可以通过凝胶电泳的方法对扩增产物进行定性的分析,也可以通过放射性核素掺入标记后的光密度扫描来进行定量的分析。无论定性还是定量分析,分析的都是PCR终产物。但是在许多情况下,我们所感兴趣的是未经PCR信号放大之前的起始模板量。例如我们想知道某一转基因动植物转基因的拷贝数或者某一特定基因在特定组织中的表达量。在这种需求下荧光定量PCR技术应运而生。

实时荧光定量PCR技术(Real-time quantitative Polymerase Chain Reaction简称Real Time PCR)是在定性PCR技术基础上发展起来的核酸定量技术。实时荧光定量PCR技术于1996年由美国Applied biosystems公司推出,在PCR反应体系中加入荧光基团,利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程,使每一个循环变得“可见”,最后通过Ct值和标准曲线对样品中的DNA(orcDNA)的起始浓度进行定量的方法。实时荧光定量PCR是目前确定样品中DNA(或cDNA)拷贝数最敏感、最准确的方法。如果用于RNA检测,这被称为逆转录实时PCR即(Real-time RT-PCR)是实时PCR法,它是指对DNA或经过反转入(RT-PCR)的RNA通过聚合酶链式反应并实时监测DNA的放大过程,在扩增的指数增长期就测量扩增产物,因为扩增指数增长期测量值与特异DNA(RNA)起始量存在相关性,从而实现定量检测。RealTime PCR的基本目标是精确测量和鉴别非常微量的特异性核酸,从而可通过监测CT值而实现对原始目标基因的含量定量。实时荧光定量PCR法最大的优点是克服了终点PCR法进入平台期或叫饱和期后定量的较大误差,实现DNA/RNA的精确定量。该技术不仅实现了对DNA/RNA模板的定量,而且具有灵敏度和特异性高、能实现多重反应、自动化程度高、无污染、实时和准确等特点,该技术在医学临床检验及临床医学研究方面有着重要的意义。

实时荧光定量PCR的技术特点

虽然microRNA实时定量PCR是一种最近才发展起来的检测技术,其技术细节还在不断完善中,但是microRNA实时定量PCR检测系统,相对其它microRNA检测技术有以下优点:

∙高特异性,可以只对成熟microRNA进行定量,有效区分成熟microRNA分子和前体分子以及其它成熟microRNA的同源分子;

∙快速,简单,省时,整个操作只需两步,不到3个小时,即可获得高质量的数据;

∙检测灵敏度高,样品消耗少,仅需1-10ng的总RNA或50pg左右的microRNA;

∙超宽的线性范围,可跨越7个数量级。

实时定量PCR的系统构成及工作原理

荧光定量检测系统由实时荧光定量PCR仪,实时荧光定量试剂,通用电脑,自动分析软件等构成。设备由荧光定量系统和计算机组成,用来监测循环过程的荧光。与实时设备相连的计算机收集荧光数据。数据通过开发的实时分析软件以图表的形式显示。原始数据被绘制成荧光强度相对于循环数的图表。原始数据收集后可以开始分析。实时设备的软件能使收集到的数据进行正常化处理来弥补背景荧光的差异。正常化后可以设定域值水平,这就是分析荧光数据的水平。样品到达域值水平所经历的循环数称为Ct值(点的循环数)。域值应设定在使指数期的扩增效率为最大,这样可以获得最准确,可重复性的数据。如果同时扩增的还有标有相应浓度的标准品,线性回归分析将产生一条标准曲线,可以用来计算未知样品的浓度。

所谓Real-time Q-PCR技术,是指在PCR反应体系中加入荧光基因,利用荧光信号累积实时监测整个PCR进程,最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法。在real-time技术的发展过程中,两个重要的发现起着关键的作用:

1.在90年代早期,TaqDNA多聚酶的5′核酸外切酶活性的发现,它能降解特异性荧光记探针,因此使得间接的检测PCR产物成为可能。

2.此后荧光双标记探针的运用使在一密闭的反应管中能实时地监测反应全过程。这两个发现的结合以及相应的仪器和试剂的商品化发展导致real-timeQ-PCR方法在研究工作中的运用。

PCR反应过程中产生的DNA拷贝数是呈指数方式增加的,随着反应循环数的增加,最终PCR反应不再以指数方式生成模板,从而进入平台期。在传统的PCR中,常用凝胶电泳分离并用荧光染色来检测PCR反应的最终扩增产物,因此用此终点法对PCR产物定量存在不可靠之处。在real-timeQ-PCR中,对整个PCR反应扩增过程进行了实时的监测和连续地分析扩增相关的荧光信号,随着反应时间的进行,监测到的荧光信号的变化可以绘制成一条曲线。在PCR反应早期,产生荧光的水平不能与背景明显地区别,而后荧光的产生进入指数期、线性期和最终的平台期,因此可以在PCR反应处于指数期的某一点上来检测PCR产物的量,并且由此来推断模板最初的含量。为了便于对所检测样本进行比较,在real-timeQ-PCR反应的指数期,首先需设定一定荧光信号的域值,一般这个域值(threshold)是以PCR反应的前15个循环的荧光信号作为荧光本底信号(baseline),荧光域值的缺省设置是3~15个循环的荧光信号的标准偏差的10倍。如果检测到荧光信号超过域值被认为是真正的信号,它可用于定义样本的域值循环数(Ct)。Ct值的含义是:每个反应管内的荧光信号达到设定的域值时所经历的循环数。研究表明,每个模板的Ct值与该模板的起始拷贝数的对数存在线性关系,起始拷贝数越多,Ct值越小。利用已知起始拷贝数的标准品可作出标准曲线,因此只要获得未知样品的Ct值,即可从标准曲线上计算出该样品的起始拷贝数。

1、Ct值的定义

在荧光定量PCR技术中,有一个很重要的概念--Ct值。C代表Cycle,t代表threshold,Ct值的含义是:每个反应管内的荧光信号到达设定的域值时所经历的循环数。

2、荧光域值(threshold)的设定

PCR反应的前15个循环的荧光信号作为荧光本底信号,荧光域值的缺省设置是3-15个循环的荧光信号的标准偏差的10倍,即:threshold=10′SDcycle6-15

3、Ct值与起始模板的关系

研究表明,每个模板的Ct值与该模板的起始拷贝数的对数存在线性关系〔1〕,起始拷贝数越多,Ct值越小。利用已知起始拷贝数的标准品可作出标准曲线,其中横坐标代表起始拷贝数的对数,纵坐标代Ct值。因此,只要获得未知样品的Ct值,即可从标准曲线上计算出该样品的起始拷贝数。

4、荧光化学

荧光定量PCR所使用的荧光化学可分为两种:荧光探针和荧光染料。现将其原理简述如下:

1)TaqMan荧光探针:PCR扩增时在加入一对引物的同时加入一个特异性的荧光探针,该探针为一寡核苷酸,两端分别标记一个报告荧光基团和一个淬灭荧光基团。探针完整时,报告基团发射的荧光信号被淬灭基团吸收;PCR扩增时,Taq酶的5-3外切酶活性将探针酶切降解,使报告荧光基团和淬灭荧光基团分离,从而荧光监测系统可接收到荧光信号,即每扩增一条DNA链,就有一个荧光分子形成,实现了荧光信号的累积与PCR产物形成完全同步。而新型TaqMan-MGB探针使该技术既可进行基因定量分析,又可分析基因突变(SNP),有望成为基因诊断和个体化用药分析的首选技术平台。

2)SYBR荧光染料:在PCR反应体系中,加入过量SYBR荧光染料,SYBR荧光染料特异性地掺入DNA双链后,发射荧光信号,而不掺入链中的SYBR染料分子不会发射任何荧光信号,从而保证荧光信号的增加与PCR产物的增加完全同步。

实时荧光定量PCR技术的应用领域

实时荧光定量PCR技术是DNA定量技术的一次飞跃。运用该项技术,我们可以对DNA、RNA样品进行定量和定性分析。定量分析包括绝对定量分析和相对定量分析。前者可以得到某个样本中基因的拷贝数和浓度;后者可以对不同方式处理的两个样本中的基因表达水平进行比较。除此之外我们还可以对PCR产物或样品进行定性分析:例如利用熔解曲线分析识别扩增产物和引物二聚体,以区分非特异扩增;利用特异性探针进行基因型分析及SNP检测等。目前实时荧光PCR技术已经被广泛应用于基础科学研究、临床诊断、疾病研究及药物研发等领域。其中最主要的应用集中在以下几个方面:

1.DNA或RNA的绝对定量分析。包括病原微生物或病毒含量的检测,转基因动植物拷贝数的检测,RNAi基因失活率的检测等。

2.基因表达差异分析。例如比较经过不同处理样本之间特定基因的表达差异(如药物处理、物理处理、化学处理等),特定基因在不同时相的表达差异以及cDNA或差显结果的确证。

3.基因分型。例如SNP检测,甲基化检测等。

实时荧光定量PCR技术在医疗方面的应用

病原体检测:目前,采用荧光定量PCR检测技术可以对淋球菌、沙眼衣原体、解脲支原体、人类乳头瘤病毒、单纯疱疹病毒、肝炎病毒、结核杆菌、细小病毒B19、EB病毒和人巨细胞病毒等病原体进行定量测定。与传统的检测方法相比具有灵敏度高、取样少、快速简便等优点。

遗传及优生优育诊断:到目前为止,人们对遗传性物质改变引起的遗传性疾病还无法治疗,只能通过产前监测,减少病婴出生,以防止各类遗传性疾病的发生,如为减少X连锁遗传病患儿的出生,从孕妇的外周血中分离胎儿DNA,用实时荧光定量PCR检测其Y性别决定区基因是一种无创伤性的方法,易为孕妇所接受。例外还可以通过实时荧光定量PCR对孕妇弓形虫,梅毒等检测,这对找出不明原因流产和习惯性流产的病因提供有力的帮助,大大提高优生优育。

指导治疗:对病原体定量分析显示:病原体量与某些药物的疗效关系。如HCV高水平表达,干扰素治疗作用不敏感,而HCV低滴度,干扰素作用敏感;在拉米夫定治疗过程中,HBV-DNA的血清含量曾有下降,随后若再度上升或超出以前水平,则提示病毒发生变异等。

肿瘤基因检测:尽管肿瘤发病的机理尚未清楚,但相关基因发生突变是致癌性转变的根本原因已被广泛接受。p53癌基因的表达增加和突变,在许多肿瘤早期就可以出现。实时荧光定量PCR不但能有效地检测到基因的突变,而且可以准确检测癌基因的表达量。随着与肿瘤相关的新基因的不断发现,荧光定量PCR技术将会在肿瘤的研究中发挥更大的作用。

免疫方面检测:通过荧光定量PCR检测出B27,HLA等来帮助诊断免疫性疾病,如强直性脊柱炎、类风湿性关节炎、器官移植排异反应等。

实时荧光定量PCR技术在药物研究方面的应用

新药开发研究,人用药物及其他药物:针对一些感染性疾病的药物,如各种病毒病、细菌病等,在新药的开发过程中,快速了解药物对疾病进程的影响可以为新药开发节约大量的人力、时间和资金,与以前所用的Elisa等方法相比,实时荧光定量PCR技术可以快速、准确、定量、灵敏地测定血液或组织中病原体的含量,因此有利用分析药物的作用效果,为比较不同的配方的疗效、用药量、用药时间等等提供快速、定量的评价。

超早期感染用药物及疗法的研究与开发:实时荧光定量PCR方法测定是血液中病毒核酸的含量,因此不必等到病人体内产生抗体,同时,由于其灵敏度与Elisa相比不可同日而语,在病毒感染的早期,即血液中病毒含量很低时就可以测定。因此就出现了一个新的领域,即在病毒或细菌含量很低时如何用药,用什么药以及用药量等进行研究,为将疾病消灭在超早期作出贡献。

药物疗效研究:对于一些已经上市的新药或是应用了很长时间的老药,其用药的效果以及用药量及用药时间都可以进行进一步的研究,为更加合理化的应用这些药物为人类造福进行进一步的研究。以前所用的方法由于不能准确定量,灵敏度也不够,因此有很多需要研究的内容没有完成。这一方面需要研究内容很多,意义也很大。

新的愈后指标的研究:对于感染性疾病,在药物作用至一定程度后,就认为可以停药了,但是应该在什么停药,现在大都没有一个明确的指标,现在所用的指标由于受到检测方法的灵敏度及准确性,这一指标未必合理,因此有必要对治愈的指标以及指标与复发率以及疾病转化为其他疾病之间的关系等进行进一步的研究,从而为药物或疗法彻底治愈疾病打下坚实的理论基础。

新诊断及检验试剂的开发:现有的很多诊断及检验方法都不能同时满足快速、灵敏、定量的要求如现有培养法、Elisa法等等,而荧光定量PCR方法以则可以做到这一点,从而可为临床疾病、商检、粮油检验、食品检验、血液检验等等开发新的试剂,从而提高检验的灵敏度、速度及准确性等;这类试剂的种类是非常多的,所开发的试剂的社会效益及经济效益都是很巨大的。

实时荧光定量PCR技术在检测人感染A(H1N1)型猪流感病毒上的应用

2009年4月,全球性的人感染猪流感公共卫生事件发展势头迅猛,发生国家众多,世界卫生组织29日晚已将全球流感大流行警告级别从4级提高到5级,我国也于28日召开了常务会议对防控进行了部署。现在已进入关键的防控措施落实阶段,其中检测与诊断技术至关重要。

人感染猪流感疫情发生后,美国疾病预防控制中心(CDC)于2009年4月28日发布了针对人感染猪流感病毒治疗和预防临时指南,其中规定了确诊病例的诊断方法:具有急性发烧呼吸道疾病的临床症状并且经实时荧光定量PCR(real-timeRT-PCR)或病毒分离培养(viralculture)实验室检测方法检验证实感染A(H1N1)型猪流感病毒。

你应该把溶解曲线放上去,说明你的产物只有一个。你还应该把标准曲线放上去,说明你的定量准确。CT值不用放。如有更多问题,可发信到kui.wen@mcgill.ca

扩增曲线,溶解曲线,标准曲线,Ct值都应该贴上。

实时荧光定量PCR 中内参基因的选择

实时荧光定量PCR是一种强有力的检测基因表达谱的方法.选用一种合适的内参基因对目的基因的表达量进行校正可以提高该方法的灵敏度和重复性.理想的内参基因应在所研究的各种试验因素条件下均恒定表达。然而, 大量的研究结果表明任何一种内参基因在所有的试验条件下都不是恒定表达的(空间/时间), 在不同类型的细胞、在细胞生长的不同阶段, 内参基因的表达都是有变化的。因此, 在进行基因表达分析之前都应该进行内参基因的验证, 选定一种较为稳定的内参基因用于对目的基因表达量的校正, 以期获得比较真实可信的结果。看家基因有几百种,最常用为内参基因的有ACTB、GAPDH/18S rRNA、28S rRNA等。

常用的内参基因及其引物:

 

有资料证明, GAP DH 和B2actin 的表达在增殖、催化和分化的情况下是上调的。

GAPDH:  甘油醛2,3 2磷酸脱氢酶(GAPDH) 是糖酵解、糖异生及光合作用碳固定循环过程中的关

键酶, 在生物进化的早期出现, 是最为常用的内参基因之一。有研究结果表明, GAPDH 在缺氧等某些

特定条件下出现明显的上调或下调, 此时需要选择新的内部参照标准。

B2a ctin 常作为内参基因被广泛使用,它是构成细胞骨架的主要成分) 肌动蛋白的一种,

是微丝的结构成分, 其单体外观呈哑铃状, 具有基因高度保守、mRNA 表达数量高且稳定等特点。(引自:内参基因在实时定量PCR 中应用的研究进展 中国畜牧兽医 2009 年第36 卷第9 期)

 

Selection of twelve reference gene candidates for real-time RT-PCR

12个候选基因:Signal recognition particle protein (ffh), glutamine synthetase (glnA), DNA gyrase (gyrA), pyrroline-5-carboxylate reductase (proC),recombinase A (recA), transcription termination factor

Rho (rho), 50S ribosomal protein L9 (rplI), 50S ribosomal subunit protein L17 (rplQ), DNA topoisomerase I (topA), nucleoside-specific channel-forming protein (tsx), maltose-binding periplasmic protein (malE) and 16S ribosomal RNA (16S).

On the basis of the P. atrosepticum SCRI1043 genome sequence, a set of twelve reference gene candidates

were selected for an initial real-time RT-PCR study. The genes were selected from different parts of the genome to minimize the chance of transcriptional coupling affecting the results. They were also selected to encode proteins involved in different metabolic activity except for the ribosomal genes, in order to minimize the chances of a global co-regulation. The ribosomal gene 16S rRNA is a commonly used reference gene in many real-time RT-PCR experiments, including studies on former Erwinia species;GlnA has been used as a reference gene in Streptococcus pneumoniae real-time experiments;gyrA has been used in studies on different bacteria including a very recent study on the plant pathogen Pseudomonas syringae pv. tomato;ProC and rho have been tested as reference genes in similar studies of other bacteria,although no plant pathogens;The genes rplI and rplQ are part of a group of ribosomal proteins that have also recently been used as reference genes in real-time PCR experiments on both prokaryotes and eukaryotes; RecA is a common housekeeping gene that has been used as reference gene in studies on various bacteria and was recently found to be a good reference gene for certain studies of P.atrosepticum;The genes ffh, topA, tsx and malE have, to our knowledge, not been

reported as reference genes previously. The latter four genes were selected merely on the basis of either being well-known housekeeping genes in other bacteria (ffh,topA), or known to be expressed during different growth conditions in P. atrosepticum (tsx, malE)。

Expression analysis of reference gene candidates in cultures

An initial study of expression of all the genes selected as reference gene candidates (ffh, glnA, gyrA, proC, recA, rho, rplI, rplQ, topA, tsx, malE, 16S) was performed in three different growth media (MMcap, MMg and LB) at 15°C. The genes rplI, rplQ, tsx and malE showed large variations in Ct values in the different media , and were therefore discarded from further studies. The eight remaining reference gene candidates (ffh, glnA, gyrA, proC, recA, rho, topA,16S) were subjected to a second experiment testing the effect of increased temperature (27°C), different pectin (citrus) and growth phase (exponential vs. stationary) on expression. The genes glnA, rho, topA and 16S were expressed at varying levels while the expression of the reference gene candidates ffh, gyrA, proC and recA was relatively stable under all culture conditions (Fig. 1BC).《Evaluation of reference genes for real-time RT-PCR expression studies in the plant pathogen Pectobacterium atrosepticum》BMC Plant Biology 2007, 7:50 doi:10.1186/1471-2229-7-50

红球菌real-time PCR中内参基因的选择:

①As an internal standard,multiplex reactions additionally quantified the gene encoding DNA polymerase

IV. This gene was selected because it showed high and constant expression levels on all substrates, including the PYR control.《Transcriptomic Assessment of Isozymes in the Biphenyl Pathway of Rhodococcus sp. Strain RHA1》APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY, Sept. 2006, p. 6183–6193

②The expression ratios of selected genes were determined relative to the expression of a housekeeping

gene encoding a probable DNA polymerase IV (GeneID ro01702). The expression of this housekeeping gene is steady under a variety of growth conditions(①文的条件), including the water stress experiments reported here。《Global Response to Desiccation Stress in the Soil Actinomycete Rhodococcus jostii RHA1》APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY, May 2008, p. 2627–2636

③按照上文提取红球菌的RNA等并逆转录

④DNA polymerase IV 引物及探针序列

 

 

 

RT-PCR revealed that rplQ mRNA decreases by 85% within 15 min of rplQ antisense RNA induction. No effect is observed on the unrelated mRNA of the lig gene. Conversely, lig mRNA decreases nearly 60% after lig antisense RNA induction, with no significant change in the rplQ mRNA.essential genes in Staphylococcus aureus>Molecular Microbiology (2002) 43(6), 1387–1400

Moreover, several genes (fusA, rpsG, rplQ,rplW) involved in protein synthesis were also downregulated.《Gene expression profiling analysis of Mycobacterium tuberculosis genes in response to salicylate》Arch Microbiol (2005) 184: 152–157

Real-time RT-PCR was also performed to examine the expression of the 16S rRNA gene of Rhodococcus sp. Strain RHA1, but the expression of 16S rRNA varied during cell growth, suggesting that it cannot be used to normalize the expression of other genes.in Soil Using a New Method of RNA Preparation from Soil>Biosci. Biotechnol. Biochem., 72 (3), 694–701, 2008

根据上述依据,初步确定polymerase DNA IV、16S rRNA 、 rplI and rplQ、RecA作为内参基因以研究腈水合酶基因的表达情况,其中DNA polymeraseIV是首选,因为它来自红球菌属!rplI and rplQ考虑删除,因为上述条件说明其表达不稳定!荧光定量PCR完全攻略

已有 24 次阅读 2010-12-4 19:18 |个人分类:RT-QPCR 

荧光定量PCR完全攻略

1、什么是定量PCR?

以参照物为标准,对PCR终产物进行分析或对PCR过程进行监测,从而达到评估样本中

靶基因的拷贝数,称为定量PCR.定量PCR的可行性定量一般是在PCR扩增的指数期进行的.

2、定量PCR定量的理论依据是什么?

特定的待扩增基因片段起始含量越大,则指数扩增过程越短,当扩增速率趋于稳定后,

则无论原来样品中起始模板含量多少,最终扩增片段的含量通常是一样的. 理想的扩增结

果:Y=X*2n

其中Y代表扩增产物量, X代表PCR反应体中的原始模板数 n为扩增次数; 理论上PCR扩增效率为 100%,PCR产物随着循环的进行成指数增长,但实际上:DNA的每一次复制都不完全,即每一次扩增中,模板不是呈 2 的倍增长;实际应为:Y= X(1+E)n,其中E 代表扩增效率:E = 参与复制的模板/总模板,通常E≤1,E在整个PCR扩增过程中不是固定不变的.通常X 在1~105 拷贝、循环次数n≤30 时,E 相对稳定,原始模板以相对固定的指数形式增加,适合定量分析,这也就是所谓的指数期;随着循环次数n的增加(>30次),E值逐渐减少,Y 呈非固定的指数形式增加,最后进入平台期.

3、荧光定量PCR定量的理论模式又是什么?

PCR 是对原始待测模板核酸的一个扩增过程,任何干扰 PCR 指数扩增的因素都会影响扩增产物的量,使得 PCR 扩增终产物的数量与原始模板数量之间没有一个固定的比例关系,通过检测扩增终产物很难对原始模板进行准确定量.近年来研究人员通过大量的实践,研究了

相对准确的定量 PCR 方法,即荧光定量 PCR.

PCR扩增通式: ① Tn=T0(1+E)n

② Tn=Tn-1(1+E)n

注:[0其中E表示扩增效率,n为循环数,Tn表示在n个周期后PCR产物的数量,Tn-1表示在n-1 个周

期后PCR产物的数量,T0为原始模板数量.设定PCR到达指数扩增期时,产生一定的荧光(荧

光依赖于某一循环扩增产物的总量,即特定的拷贝数K,为常数,大约在 1010

左右)高于背

景为仪器所识别,此时的循环数为CP(crossing point),也就是K= T0(1+E)CP

,取对数即:

lg K=lg T0+CP*lg(1+E)

CP=- 1/lg(1+E)*lg T0 +lgk/lg(1+E)

由于对一特定的PCR而言,E与K均为常数,故上式为循环数(CP)对原始模板拷贝数的对

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数(lg T0)一次方程,其标准形式y=kx+b,该直线的斜率为- 1/lg(1+E),在横坐标上的截距为

lgk/lg(1+E),也是荧光定量PCR所谓的标准曲线.例如下图为单管实时荧光定量RT-PCR的标准曲线:

目前荧光定量 PCR 均采用外标定量外标法定量PCR扩增效率的计算,由于标准曲线的斜率(Slope)为- 1/lg(1+E),可知E=10-1/Slope-1 ,如从标准曲线中知道Slope=-3.337,则可推知扩增效率E=101/3.337-1=0.99,也有作者将(1+E)直接视为扩增效率E,则E=10-1/Slope,求得的E值均在 1—2 之间,有时也有大于 2的结果,如下图所示.另外也可直接根据系列稀释外标在该次实时荧光PCR的结果来大略分析扩增效率的高低,例如系列 10 倍稀释外标在PCR扩增时有N2=N0En2, N3=(10*N0)En3,在扩增到指数期时荧光值相同则代表此点的终末拷贝数相同,即N2=N3,En2-n3=10,取对数得到⊿n gE=1, E=10l 1/⊿n,E=2,⊿n=3.32; E=1.8,⊿n=3.91.反之亦然.如图所示.

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4、定量 PCR

根据反应体系是否设有参照物以及是否与标本在同一管中进行扩增,定量 PCR 可分为四种

方法:

①有限稀释法,即倍比稀释法:通过稀释阳性样品直至靶基因不能再扩增为止,来设置已知

浓度的参照品;根据阳性结果的最大稀释度及内参标或外参标的极限检出底线,计算出待检

标本中原始模板的分子数;利用最大稀释度来进行标本核酸定量时的注意点 A、PCR 产物的

最低可检测极限须有重复性;B、对每个稀释度必须作多次 PCR ,一般先对模板 DNA 作10

倍连续稀释后作 PCR,首先找到 PCR 结果呈阴性的接近稀释点 ,然后再对各稀释度作系列

的2倍稀释,每个稀释点作 5 次PCR;C、必须严格控制污染 .优点:不需要特殊设备;缺点:扩增反应条件的标准化、严格注意污染,避免假阳性的产生.

②使用外参照物的定量 PCR,以已知浓度的目的基因为模板,按一定的倍比稀释,然后做出

标准曲线图,未知的标本按这标准曲线找出对应的拷贝数.荧光定量 PCR 通常使用该法做

标准曲线.

③使用非竞争性内参照物的定量:PCR 反应条件同样,在同一试管内,用两对引物,同步扩

增来自同一 DNA 的一段靶序列和另一段内标序列.通过比较两种序列的扩增产量可对靶序列

定量.方法: A、 设计并合成 PCR 扩增靶基因及无关基因的引物,优化引物配比的条件.B、

在指数增长期实现对靶基因及一系列已知含量无关基因的 PCR 扩增. C、 PCR 产物琼脂糖

凝胶电泳,EB 染色. D、 电泳条带的紫外光下分析. E、 二者荧光强度相等管的 DNA 含

量亦相等. 该方法只有当靶序列和内标序列以相同的量存在时,才能对两者相对定量;也

可以分成哪几类?

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是对处于扩增指数期的 PCR 产物定量.

④使用竞争性内参照物的定量 PCR:同样的反应条件,同一个试管,用同一对引物,同步扩

增靶序列和内参照序列.靶基因的量可通

基本条件是靶序列和竞争性序列均用相同的引物以相同的效率扩增,两序列的初始化比值在

整个反应过程中保持不变. 目的 DNA 内参照 DNA 变性(同一对引物) PCR 竞争性模板的

设置:通过改变克隆的靶基因的序列来设计竞争性模板插入新的性酶切位点或使原来的

酶切位点缺失通过基因重组技术插入一个与特异性蛋白结合的 DNA 片段,或者使靶序列发生

定点诱变人工合成竞争性模板 竞争性模板设计目的:使其与靶基因的 PCR 扩增产物相区别

(通过酶切、杂交、显色等手段实现).

根据 PCR 扩增过程中是否加入某种标记物、标记物的种类以及最后检测的信号的不同可分

为四种类型:

①直接定量检测法,

②同位素标记定量

③酶标记定量检测法

④荧光定量 PCR 技术

荧光定量 PCR 主要原理

发射波长与受体荧光染料

光染料吸收供体荧光传递的能量而激发出另一波长的荧光,同时将供体荧光淬灭.

依据 PCR 过程的监测检测模式又可分为如下几种

(1) Sybr Green I 检测模式

SYBR Green I 是一种能与双链 DNA 结合发光的荧光

大增强.因此, SYBR Green I 的

检测出 PCR 体系存在的双链 DNA 数量.SYBR Green I 的最大吸收波长约为 497nm,发射波

长最大约为 520nm.PCR 扩增程序一般为 94℃~55℃~72℃三步法,40 个循环.

SYBR Green I 的缺点:由于 SYBR Green I 没有特异性,不能识别特定的双链,只要是双链

就会结合发光,对PCR 反应中的非特异性扩增或引物二聚体也会产生荧光,通常本

所以在临床上使用可能会有假阳性发生.

SYBR Green I 的优点:SYBR Green I 的优点是因为其缺点产生,由于它能所有的双链 DNA

相结合,所以对不同模板不需特别定制不同的

这对科研是很有利的,因此国内外在科研中使用比较普遍.

过与产生相同产物的竞争物的量相比较而得到.其

检测法,

:荧光共振能量转移,外来光源激发供体荧光染料发出荧光,当其

的吸收波长部分重叠,且两者距离很近(约10~100 埃)时,受体荧

染料.其与双链 DNA 结合后, 荧光大

荧光信号强度与双链 DNA 的数量相关,可以根据荧光信号

底较高,

特异性探针,通用性较好,并且价格相对较低.

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SYBR GREEN I 工作原理

(2) 水解探针模式(Taqman)

TaqMan 探针是一种寡核苷酸探针 '末端, 而淬灭剂则在 3'末端.当探针与靶序列配对时,荧光基团发射的荧光因与 3'端的淬灭剂接近而被淬灭.在进

行延伸反应时,聚合酶的 5'外切酶活性将探针切断, 使得荧光基团与淬灭剂分离,发射

荧光.一分子的产物生成就伴随着一分子的荧光信号的产生.随着扩增循环数的增加,释放

出来的荧光基团不断积累.因此 Taqman 探针检测的是积累荧光.PCR 扩增程序通常是:94℃~

60 ℃ 40 个循环.常用的荧光基团是 FAM,TET,VIC,HEX.

Taqman 探针工作原理

(3) 杂交探针模式(Beacon、FRET)

分子信标是一种呈发夹结构的茎环 因此标

记在一端的荧光基团与标记在另一端的淬灭基团紧紧靠近.荧光基团被激发后产生的光子被

,荧光基团连接在探针的 5

双标记寡核苷酸探针,两端的核酸序列互补配对,

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淬灭剂淬灭,由荧光基团产生的能量以红

构中,环一般为 15-30 个核苷酸长,并与目标序列互补;茎一般 5-7 个核苷酸长,并相互配对形成茎的结构.荧光基团标记在探针的一端,而淬灭剂则标记在另一端.在复性温度下,因为模板不存在时形成茎环结构,当加热变性会互补配对的茎环双链解开,如果有模板存在环序列将与模板配对.与模板配对后,分子信标将成链状而非发夹状,使得荧光基团与淬灭剂分开.当荧光基团被激发时,因淬灭作用被解除,发出激发光子.由于是酶切作用的存在,分子信标也是积累荧光.常用的荧光基团:FAM ,Texas Red .PCR 扩增程序通常是:94~55~72 ℃三步法,40 个循环.外而不是可见光形式释放出来.分子信标的茎环结ET 探针又称双杂交探针,FRET 探针由两条相邻探针组成,在一条探针的 5`端标记 FAM 荧光基团,另一探针的 3`端标记 Red 0 荧光基团.当复性时,探针结合在模板上,FAM 基团和Red0 基团相邻,激发 FAM 产生的荧光,作为 Red0 基团的激发光被吸收,使Red0分子信标工作原理FR发出波长为 0 的荧光.当变性时,探针游离,两基团距离远,不能产生 0 波长的荧光.由于 FRET 探针是靠近发光,所以检测信号是实时信号,非累积信号.常用的荧光基团是:LC-Red0,LC-Red705.

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6FRET 工作原理能用于实时荧光 PCR 定量的方法很多,各有优缺点,应根据实验的需要和当前的实验条件选择适合自己的方法.SYBR GREEN FRET 探针 Taqman 分子信标性质可逆荧光 积累荧光熔点分析能不能特异性引物(非特异性扩增或引物二聚体有影响)引物+2 探针 引物+探针 引物+探针探针不需要 需要 需要 需要

通用性 通用 专用 专用 专用

5、为什么要用荧光定量 PCR 技术进行定量?它与传统的定量 PCR 有什么不同?

如前所述的,传统的定量 PCR 有很多,主要是倍比稀释法、内参照法、竞争法、PCR-ELISA法,但这些定量 PCR 技术的难点主要在于:(1)如何确定 PCR 正处于线性扩增范围内(只有在此范围内 PCR 产物信号才与初始模板的拷贝数成比例).(2)一旦线性扩增范围确定热线电话:021-5446 0831 8009881995 E-mail:master@shinegene.org.cn 网址:www.synthesisgene.com.cn

7以后,如何找到一个合适的方法检测结果.为了保证线性,研究者要扩增一系列梯度稀释的cDNA 或者对每个基因的扩增循环数作适当的调整;有的研究者加一个竞争性模板,有的做性的稀释梯度分析,或者加一个 PCR 模拟(mimic)反应,即用相似的引物与目标产物共扩增,而扩增产物的检测通常在跑胶以后通过染料、放射活性或者探针进行检测.

(3)大多数是终点检测,即PCR 到达平台期后进行检测,而PCR 经过对数期扩增到达平台期时,检测重现性极差.同一个模板在 96 孔PCR 仪上做 96 次重复实验,所得结果有很大差异(如下图所示),因此无法直接从终点产物量推算出起始模板量;虽然加入内标后,可部分消除终产物定量所造成的不准确性.但即使如此,传统的定量方法也都只能算作半定量、粗略定量的方法,所以传统定量 PCR 的缺点是:劳动强度大、定量不准确、重复性差.

而荧光定量PCR有如下显著的优点:

1、特异性好,使用特异性探针对定量分子进行识别,具有很高的准确性.同时,靶序列由引物和探针双重控制,特异性好、假阳性低.

2、灵敏度高,荧光PCR检测技术是综合了PCR技术、荧光标记技术、激光技术、数码显象技术为一体的技术,因此它的检测灵敏度很高.

3、线性关系好、线性范围宽,由于荧光信号的产生和每次扩增产物成一一对应的关系,通过荧光信号的检测可以直接对产物进行定量;定量范围可在 0-1010拷贝/毫升.

4、操作简单、安全、自动化程度高、防污染.扩增和检测可以在同一管内检测,不需要开盖,不易污染;同时扩增和检测一步完成,不需要后期处理,不再需要担心放射性污染

Real-time qPCR的数学原理

也就是说为什么Ct值跟初始模板的量成正比?首先来看一个real-time qPCR中的重要参数(具体的后面会讲到)Ct值(Ct value),阈值(threshold),和基线(baseline)。一般来讲,第3-15个循环的荧光值就是基线,是由于测量的偶然误差引起的。阈值一般是基线的标准偏差的是10倍。在实际操作中也可以手动调节,位于指数期就可以。Ct值就是荧光值达到阈值时候的PCR循环次数。所以是一个没有单位的参数

1.      Mix配制

一般来讲,进行real-time qPCR MasterMix都是2×的浓缩液,只需要加入模板和引物就可以。由于real-time qPCR灵敏度高,所以每个样品至少要做3个平行孔,以防在后面的数据分析中,由于Ct相差较多或者SD太大,无法进行统计分析。通常来讲,反应体系的引物终浓度为100-400mM;模板如果是总RNA一般是10ng-500,如果cDNA,通常情况下是1μl或者1μl的10倍稀释液,要根据目的基因的表达丰度进行调整。当然这些都是经验值,在操作过程中,还需要根据所用MasterMix,模板和引物的不同就行优化,达到一个最佳反应体系。在反应体系配置过程中,有下面几点需要注意:

1.        MasterMix不要反复冻融,如果经常使用,最好溶解后放在4度。

2.        更多的配制Mix进行,减少加样误差。最好能在冰上操作。

3.        每管或每孔都要换新头!不要连续用同一个头加样!

4.        所有成分加完后,离心去除气泡。

5.        每个样品至少3个平行孔。

 

说到反应体系的配制,不得不说到参比或者校正染料(reference dye,passive dye)。常用的是ROXTM(现在已经是ABI的注册商标了!)或者其他染料,只要不影响检测PCR产物的荧光值就可以。参比染料的作用是标准化荧光定量反应中的非PCR震荡,校正加样误差或者是孔与孔之间的误差,提供一个稳定的基线。现在很多公司已经把ROXTM配制在MasterMix或者Premixture里。如果反应曲线良好或已经优化好反应体系,也可以不加ROXTM染料校正。比如Bio-RAD的系列仪器就不需要。

通常来讲,real-time qPCR的反应程序不需要像常规的PCR那样,要变性、退火、延伸3步。由于其产物长度在80-150bp之间,所以只需要变性和退火就可以了。SYBR® Green等染料法,最好在PCR扩增程序结束后,加一个溶解程序,来形成溶解曲线,判断PCR产物的特异性扩增。而溶解程序,仪器都有默认设置,或稍有不同,但都是一个在产物进行溶解时候,进行荧光信号的收集

五、Real-time qPCR数据分析

1.        Real-time qPCR常见参数

         基线(baseline) 

通常是3-15个循环的荧光信号 

同一次反应中针对不同的基因需单独设置基线 

         阈值(threshold) 

自动设置是3-15个循环的荧光信号的标准偏差的10倍 

手动设置:置于指数扩增期,刚好可以清楚地看到荧光信号明显增强。 

同一次反应中针对不同的基因可单独设置阈值,但对于同一个基因扩增一定要用同一个阈值。 

         Ct值 :与起始浓度的对数成线性关系。

分析定量时候一般取Ct:15-35。太大或者太小都会导致定量的不准确。

         Rn(Normalized reporter)是荧光报告基团的荧光发射强度与参比染料的荧光发射强度的比值。

         △Rn:△Rn是Rn扣除基线后得到的标准化结果(△Rn = Rn –基线)。

 

2.        影响Ct值的关键因素

         模板浓度

模板浓度是决定Ct的最主要因素。控制在一个合适范围内,使Ct在15-35之间。

         反应液成分的影响:任何分子的荧光发射都受环境因素影响----比如溶液的pH值和盐浓度。

         PCR反应的效率

 PCR反应的效率也会影响CT值。在PCR扩增效率低的条件下进行连续梯度稀释扩增,与PCR扩增效率高的条件下相比,可能会所产生斜率不同的标准曲线。PCR效率取决于实验、反应混合液性能和样品质量。一般说来,反应效率在90-110%之间都是可以接受的。

 

2.        影响Ct值的关键因素

         模板浓度

模板浓度是决定Ct的最主要因素。控制在一个合适范围内,使Ct在15-35之间。

         反应液成分的影响

任何分子的荧光发射都受环境因素影响----比如溶液的pH值和盐浓度。

         PCR反应的效率

 PCR反应的效率也会影响CT值。在PCR扩增效率低的条件下进行连续梯度稀释扩增,与PCR扩增效率高的条件下相比,可能会所产生斜率不同的标准曲线。PCR效率取决于实验、反应混合液性能和样品质量。一般说来,反应效率在90-110%之间都是可以接受的。 

3.如何评估实时定量PCR反应的效果

         PCR扩增效率:为了正确地评估PCR扩增效率,至少需要做3次平行重复,至少做5个数量级倍数(5 logs)连续梯度稀释模板浓度。

         R2值:另一个评估PCR效率的关键参数是相关系数R2,它是说明两个数值之间相关程度的统计学术语。如果R2等于1,那么你可以用Y值(Ct)来准确预测X值(量)。如果R2等于0,你就不能通过Y值来预测X值。R2值大于0.99时,两个数值之间相关的可信度很好。

         精确度: 标准偏差(standard deviation,偏差的平方根)是最常用的精确度计量方法。如果许多数据点都靠均值,那么标准偏差就小;如果许多数据点都远离平均值,则标准偏差就大。实际上,足够多重复次数产生的数据组会形成大致的正态分布。这经常可通过经典的中心极限理论来证明,同分布随机变量在无限多时趋向于正态分布。如果PCR反应效率是100%,那么2倍稀释点之间的平均Ct间隔应该恰为1个Ct值。要以99.7%的几率分辨2倍稀释浓度,标准偏差就必须小于等于0.167。标准偏差越大,分辨2倍稀释的能力就越低。为了能够在95%以上的情况下分辨出2倍稀释,标准偏差必须小于等于0.250。

         灵敏度:无论CT绝对值是多少,任何能够有效扩增和检测起始模板拷贝数为1的系统都达到了灵敏度的极限。PCR效率是决定反应灵敏度的关键因素。在检测极低拷贝数时的另一个重要的考虑因素是,低拷贝时的模板数量不能按普通情况来预期。相反,它会遵循泊松分布,即进行大量的平行重复,平均应该含有一个拷贝的起始模板,实际上约37%不含有拷贝,仅有约37%含有1个拷贝,约18%实际上含有两个拷贝。因此,为了更可靠地检测低拷贝,必须做大量的平行重复实验来提供统计显著性,并克服泊松分布的。

相对定量有两种方法。要求扩增效率相同的是ΔΔCt法,因为只有扩增效率相同目的基因与内参基因的Ct值之差才是恒定的值,这是使用这种方法处理数据的前提,所以正式实验之前要进行条件优化,这种方法的优势是不用作标准曲线。如果扩增效率不同就要用另一种双标准曲线法,这种方法需要标准品,稀释不同的浓度梯度,作标准曲线,根据标准曲线得到你的拷贝数在进行数据处理,得到相对值。

你先得弄清相对定量什么意思,举个例子,样品a和样品b中检测基因Y的表达水平,以b-actin为内参,相对定量就是用样品a中的基因Y的量除以b-actin得到值y1,用样品b中的基因Y的量除以b-actin得到值y2,然后y1/y2就是基因y在样品a和b中的相对表达水平。若基因Y和b-actin扩增效率不一致,那么y1/y2就不能反映实际情况了。

扩增效率是由退火温度和引物效率决定的,需要试多个退火温度和多对引物,希望有帮助

常规PCR中,在扩增反应结束之后,我们一般通过凝胶电泳的方法对扩增产物进行定性的分析,无法对PCR扩增反应进行实时检测,也无法对起始模板准确定量,而很多情况下,我们所感兴趣的是起始模板量,如转基因动植物中插入某种外源基因的拷贝数或者病人中某种病毒DNA/RNA的精确copy数等,如此,荧光定量PCR技术便应运而生。

1、荧光定量PCR概念

     所谓定量PCR技术(real-time PCR),是指在PCR反应体系中加入荧光基团,利用荧光信号累积实时监测整个PCR进程,最后通过特定数学原理对未知模板进行定量分析的方法   

2、荧光定量PCR与普通PCR的主要区别

    理论上PCR是一个指数增长的过程,但是实际的PCR扩增曲线并不是标准的指数曲线,而是S形曲线。这是因为随着PCR循环的增多,扩增规模迅速增大,Taq酶、dNTP、引物,甚至DNA模板等各种PCR要素逐渐不敷需求,PCR的效率越来越低,产物增长的速度就逐渐减缓。当所有的Taq酶都被饱和以后,PCR就进入了平台期。由于各种环境因素的复杂相互作用,不同的PCR反应体系进入平台期的时机和平台期的高低都有很大变化,难以精确控制。所以,即使是96次PCR重复实验,各种条件基本一致,所得结果有很大差异(如下图),所以在实验过程中我们不能根据最终PCR产物的量直接计算出起始DNA拷贝数。

荧光定量PCR扩增曲线可以分成三个阶段:荧光背景信号阶段(基线期),荧光信号指数扩增阶段(对数期)和平台期。在基线期,扩增的荧光信号被荧光背景信号所掩盖,我们无法判断产物量的变化。而在平台期,扩增产物已不再呈指数级的增加。由于PCR的终产物量与起始模板量之间没有线性关系,所以根据最终的PCR产物量不能计算出起始DNA拷贝数。只有在荧光信号指数扩增阶段,PCR产物量的对数值与起始模板量之间存在线性关系,我们可以选择在这个阶段进行定量分析。

3.2荧光阈值

我们一般把荧光PCR的前15个循环信号作为荧光本底信号(baseline,基线期),即样本的荧光背景值和阴性对照的荧光值,扩增的荧光信号被荧光背景信号所掩盖。荧光阈值是在荧光扩增曲线上人为设定的一个值,它可以设定在荧光信号指数扩增阶段任意位置上,荧光域值的缺省设置是3~15个循环的荧光信号的标准偏差的10倍(机器自动设置)。我们在做荧光定量PCR实验时,经常采用手动设置,手动设置的原则要大于样本的荧光背景值和阴性对照的荧光最高值,同时要尽量选择进入指数期的最初阶段,真正的信号是荧光信号超过域值。

     在荧光定量 PCR 反应中,引入了一种荧光化学物质,随着 PCR 反应的进行, PCR 反应产物不断累计,荧光信号强度也等比例增加。每经过一个循环,收集一个荧光强度信号,这样我们就可以通过荧光强度变化监测产物量的变化,从而得到一条荧光扩增曲线图一般而言,荧光扩增曲线扩增曲线可以分成三个阶段:荧光背景信号阶段 , 荧光信号指数扩增阶段和平台期。在荧光背景信号阶段,扩增的荧光信号被荧光背景信号所掩盖,我们无法判断产物量的变化。而在平台期,扩增产物已不再呈指数级的增加。 PCR 的终产物量与起始模板量之间没有线性关系,所以根据最终的 PCR 产物量不能计算出起始 DNA 拷贝数。只有在荧光信号指数扩增阶段, PCR 产物量的对数值与起始模板量之间存在线性关系,我们可以选择在这个阶段进行定量分析。为了定量和比较的方便,在实时荧光定量 PCR 技术中引入了两个非常重要的概念:荧光阈值和 CT 值。荧光阈值是在荧光扩增曲线上人为设定的一个值,它可以设定在荧光信号指数扩增阶段任意位置上,但一般我们将荧光域值的缺省设置是 3-15 个循环的荧光信号的标准偏差的 10 倍。每个反应管内的荧光信号到达设定的域值时所经历的循环数被称为 CT 值( threshold value )

     CT 值与起始模板的关系研究表明,每个模板的 CT 值与该模板的起始拷贝数的对数存在线性关系,起始拷贝数越多, CT 值越小。利用已知起始拷贝数的标准品可作出标准曲线,其中横坐标代表起始拷贝数的对数,纵坐标代表 Ct 值。因此,只要获得未知样品的 Ct 值,即可从标准曲线上计算出该样品的起始拷贝数。

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