由于操作简单、快速、精准等的优点,荧光PCR方法检测病原体已成为常规的检测技术之一,但对于刚开始学习,缺乏经验的我们,面对一堆名词,往往会一头雾水。比如荧光定量PCR技术是什么?扩增曲线、标准曲线、域值、CT值、熔解曲线、基线到底都代表什么意思?荧光定量PCR曲线的每个参数代表什么?我们又怎样去分析扩增结果?今天就带大家一起学习一下这些知识和概念。
PCR是Polymerase Chain Reaction(聚合酶链式反应)的首字母缩写,简单说来,PCR是由高温变性—低温退火—中温延伸三个基本反应步骤构成:
1、DNA的变性成为单链
模板DNA经加热至95℃左右一定时间后,使模板DNA双链解离成为单链,以便它与引物结合,为下轮反应做准备;
2、低温退火
模板DNA变性成单链后,将其温度降至55℃左右,引物与模板DNA单链的互补序列配对结合;
3、中温延伸
DNA模板——引物结合物在Taq酶的作用下,以dNTP为反应原料,靶序列为模板,按碱基配对与半保留复制原理,合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链。
荧光PCR方法是指在PCR反应体系中加入荧光基团,随着PCR扩增的进行,反应产物不断累积,荧光信号强度也等比例增加,最后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,对PCR进程进行实时检测。
扩增曲线
扩增曲线是指PCR过程中,以循环数为横坐标,以反应过程中实时荧光强度为纵坐标所做的曲线。
基线(Baseline)
基线是指在PCR扩增反应的最初的数个循环里,荧光信号变化不大,接近一条直线的线。
荧光域值(threshold)
一般将反应前15个循环的荧光信号作为荧光本底信号,荧光阈值是在荧光扩增曲线上人为设定的一个值,一般设置是3-15个循环荧光信号标准差的10倍,荧光阈值设定在PCR扩增的指数期(默认阈值=基线(背景)信号标准差×10)。一般来说,每台仪器在使用前都已经设置好了荧光阈值。
CT值
CT值表示每个PCR反应管内荧光信号到达设定的域值时所经历的循环数。研究表明,各模板的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,反之亦然。利用已知起始拷贝数的标准品可作出标难曲线,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。
判断扩增曲线是否良好的指标主要有几个方面:
① 曲线拐点清楚,特别是低浓度样本指数期明显,扩增曲线整体平行性好,基线平而无上扬现象,低浓度样本扩增曲线指数期明显。
② 曲线指数期斜率与扩增效率成正比,斜率越大扩增效率越高。
③ 标准的基线平直或略微下降,无明显的上扬趋势。
④ 各管的扩增曲线平行性好,表明各反应管的扩增效率相近。
标准曲线
将标准品稀释至不同浓度,作为模板进行PCR反应。以标准品拷贝数的对数值为横坐标,以测得的CT值作为纵坐标,绘制标准曲线。对未知样品进行定量时,根据未知样本的CT值,即可在标准曲线中得到样品的拷贝数。标准曲线在绝对定量的时候非常重要。
斜率
从线性方程上看,计算公式为斜率=-1/lg(1+扩增效率)。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。
相关系数R2
用以反映变量之间相关关系密切程度的统计指标。相关系数在0.99以上,得到的斜率才比较有意义。当然,样本量一定要足够,比如做标准曲线时,最少要有四个点以上,即四个不同的初始浓度,结果才可信。因此,我们只要获得未知样品的Ct值,即可从标准曲线(标曲)上计算出该样品的起始拷贝数。
熔解曲线
对PCR产物加热,随着温度的升高,双链扩增产物逐渐解链,导致荧光强度下降,到达某一温度时(Tm),会导致大量的产物解链,荧光急剧下降。利用该特点以及不同PCR产物其Tm值的不同,因此使其荧光信号发生迅速下降的温度也不同,可通过此对PCR的特异性进行鉴定。
熔解曲线(取对数曲线)
对熔解曲线取对数,形成峰图,更直观的显示产物片段的情况。由于熔解温度即是该DNA片段的Tm值,以此可以判断影响DNA片段Tm值的一些参数,比如片段大小、GC含量等等。一般来说,根据我们的引物设计原则,扩增产物长度在80-300bp范围,那么熔解温度应该是在80℃-90℃之间。
① 如果在80℃-90℃之间出现唯一主峰,说明荧光定量PCR完美;
② 如果在80℃-90℃之间出现主峰,80℃以下出现杂峰,基本考虑引物二聚体,可尝试提高退火温度解决;
③ 如果在80℃-90℃之间出现主峰,温度上升又出现杂峰,基本上考虑有DNA污染,需要在实验初始阶段去除DNA。