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Real-time qPCR入门知识介绍

学习交流 阅读(2.06W)

由于 Real-time qPCR 的众多优点,现在已经是 现在已经是生命科学领域的一项常规技术。越来越多的研究文章中涉及越来越多的研究文章中涉及 RT-PCR 的实验,也基本上被 real-time qPC所代替。今天就从 real-time qPCR real-time qPCR 的原理说起,初步认识Real-time qPCR,为菜鸟们引路。

操作方法

(01)实时 PCR 就是在 PCR 扩增过程中 ,通过荧光信号,对 PCR 进程进行实时检测。一般来讲,定量 PCR 仪包括:实时荧光定量 PCR 仪主要由样品载台 、基因扩增热循环组件、微量荧光检测光学系统、微电路控制系统、计算机及应用软件组成。其中 基因扩增热循环组件工作原理与传统基因扩增仪大致相同 ,不同厂家不同型号的产品分别采用空气加热、压缩机制冷、半导体加热制冷等工作方式。独特是这个微量荧光检测系统。有由荧光激发光学部件、微量荧光检测部件、光路、控制系统组成。常用的荧光激发方式有两种:卤钨灯和 LED;荧光检测元件常用两种方式:光电倍增管和冷光 CCD 摄像机,光单色元件有滤光片和光栅。在实时 PCR 扩增过程中 ,荧光信号被收集,转化为成为扩增和熔解曲线。具体数据就是基线,荧光阈值和 Ct 值。

Real-time qPCR入门知识介绍

(02)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。

Real-time qPCR入门知识介绍 第2张

(03)那么为什么说 Ct 值跟初始模板的量程正比呢???我们来看 我们来看 PCR 的扩增方程::

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Real-time qPCR入门知识介绍 第4张
Real-time qPCR入门知识介绍 第5张

(04)从线性方程上看,斜率( slope)为 -1/lg(1+E),所以 E=10^-1/slope-1。如果从标准曲线上得到斜率( -3.3), 就可以算出扩增效率( 0.99)。 一般来讲 PCR扩增效率在 90%-110%都是可以用于数据分析的 。效率低于 100%,是由于PCR 反应中存在抑制因素;而高于 100%可能一些污染、非特异性扩增或者是引物二聚体造成。

(05)Real-time qPCR 的种类:一类为探针类 包括TaqMan®探针和 分子信标,利用与靶序列特异杂交的探针来指示扩增产物的增加。一类为非探针类,其中包括如 SYBR® Green I 或者特殊设计的引物(如 LUX®Primers) 通过荧光染料来只是产物的增加。

(06)Taqman®探针是最早用于定量的方法。就在 PCR 扩增时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:5’端标记一个报告荧光基团 ,3’端标记一个淬灭荧光基团 。探针完整时,报告基团发射的荧光信号被淬灭基团吸收,也就是 FRET 反应 ;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 。

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(07)分子信标:一种在靶 DNA 不存在时形成茎环结构的双标记寡核苷酸探针。在此发夹结构中 ,位于分子一端的荧光基团与分子另一端的淬灭基团紧紧靠近。分子信标的茎环结构中 ,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。荧光基团连接在茎臂的一端,而淬灭剂则连接于另一端。分子信标必须非常仔细的设计,以致于在复性温度下,模板不存在时形成茎环结构,模板存在时则与模板配对。与模板配对后,分子信标的构象改变使得荧光基团与淬灭剂分开。当荧光基团被激发时,它发出自身波长的光子。

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(08)SYBR® Green I 是一种结合于小沟中的双链 DNA 结合染料,与双链 DNA 结合后 ,其荧光大大增强 。这一性质使其用于扩增产物的检测非常理想。SYBR®GreenI 的最大吸收波长约为 497nm ,发射波长最大约为 520nm。在 PCR 反应体系中 ,加入过量 SYBR® Green 荧光染料, SYBR® Green 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® Green 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。

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(09)LUX® (light upon extention) 引物是利用荧光标记的引物实现定量的一项新技术。目标特异的引物对中的一个引物 3’端用荧光报告基团标记。在没有单链模板的情况下,该引物自身配对,形成发夹结构,使荧光淬灭。在有目标片断的时候,引物与模板配对,发夹结构打开,产生特异的荧光信号。

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