qPCR | 熒光定量PCR的曲線，你了解多少？
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發(fā)表時間：2025-08-12
熒光定量PCR（qPCR）是一種在標準PCR技術(shù)基礎上演變而成的技術(shù)，主要用于定量樣本中的DNA或RNA。它通過監(jiān)測每個PCR循環(huán)中擴增產(chǎn)物的量，實現(xiàn)對靶點起始量的精確測定。本文將深入探討熒光定量PCR中的關(guān)鍵曲線，包括擴增曲線、熔解曲線和標準曲線。
qPCR擴增程序
熒光定量PCR的擴增程序分為擴增反應階段和熔解反應階段。
1.擴增反應階段
擴增反應階段采用兩步法，即每個循環(huán)結(jié)束后，即刻檢測熒光信號。這種實時監(jiān)測方式使得qPCR能夠動態(tài)地捕捉擴增過程中的熒光信號變化，進而生成擴增曲線。擴增曲線反映了靶標DNA片段的指數(shù)擴增階段，曲線上的熒光強度隨PCR循環(huán)數(shù)的增加而呈指數(shù)增長。該曲線的斜率（或Ct值）與起始模板的量呈負相關(guān)，可以準確地定量目標基因的表達水平。
2.熔解反應階段
在擴增反應結(jié)束后，設置熔解反應程序，使雙鏈DNA產(chǎn)物逐步解鏈，并檢測熒光信號的變化。不同序列的DNA片段在不同的溫度下解鏈，熔解曲線呈現(xiàn)出峰值，峰值溫度可以用于判斷擴增產(chǎn)物的特異性。如果存在非特異性擴增產(chǎn)物，熔解曲線會表現(xiàn)出多峰現(xiàn)象，從而提示可能存在雜交帶或其他非目標序列的擴增。
擴增曲線
在PCR反應過程中，熒光信號的強度隨著循環(huán)次數(shù)的增加而增加。擴增曲線顯示了熒光信號隨時間的變化，通常在Ct值（閾值循環(huán)數(shù)）處會有明顯的信號上升，表示目標DNA的擴增開始。理想情況下，PCR產(chǎn)物呈指數(shù)增長，導致曲線呈典型的“S”形。然而，實際反應過程中，多種因素會影響擴增效率，例如酶活性降低、底物耗盡以及產(chǎn)物抑制等，最終導致曲線從指數(shù)期過渡到平臺期。
擴增曲線的三個階段
1.熒光背景信號階段（基線期）：
在這個階段，熒光信號的強度非常低，幾乎沒有顯著變化。此時，PCR反應中的熒光信號主要來自于背景噪聲。
熒光信號指數(shù)擴增階段（對數(shù)期）：
隨著PCR反應的進行，目標DNA的數(shù)量開始迅速增加，熒光信號也隨之上升。此階段的熒光信號呈指數(shù)級增長，通常是數(shù)據(jù)分析的關(guān)鍵部分，因為在此階段可以準確測定Ct值（閾值循環(huán)數(shù)）。
平臺期（擴增產(chǎn)物不再呈指數(shù)級增加）：
當PCR反應接近完成時，擴增產(chǎn)物的數(shù)量達到飽和，熒光信號的增加速度減緩，最終趨于平穩(wěn)。這一階段的信號變化較小，通常不用于定量分析。
通過分析擴增曲線，可以評估PCR反應的效率和特異性，并推斷樣本中目標DNA的初始量，為后續(xù)的定量分析提供依據(jù)。
擴增曲線示意圖
在擴增曲線中這幾個專業(yè)術(shù)語了解一下：
基線：是指在PCR擴增初期，熒光信號未顯著增加的階段，通常用于確定Ct值的起始點。基線設置在擴增曲線的平緩部分，通常為PCR的最初3至15個循環(huán)；可自動生成或手動設置，設置時需確保消除熒光背景的同時，不覆蓋非熒光背景的擴增信號。
閾值：是在擴增曲線的指數(shù)增長區(qū)域內(nèi)，選擇的熒光檢出界限。閾值應位于曲線的指數(shù)期中間，通常設置為基線熒光值標準差的10倍。對于不同基因的擴增，可以單獨設置閾值，但同一個基因的擴增必須保持相同的閾值。
Ct值（Cycle threshold）：是指在熒光PCR擴增過程中，當擴增產(chǎn)物的熒光信號達到設定的閾值時所經(jīng)歷的擴增循環(huán)次數(shù)。Ct值與模板的拷貝數(shù)存在著線性關(guān)系，起始拷貝數(shù)越多，Ct值越小。Ct值通常取15至35之間的值，過大或過小都會影響定量分析結(jié)果的準確性。
2.優(yōu)良的擴增曲線的特點
清晰的基線期：在熒光背景信號階段，曲線保持平穩(wěn)，未出現(xiàn)明顯的熒光信號升高。指數(shù)擴增階段：在對數(shù)期，曲線呈現(xiàn)出陡峭的上升趨勢，顯示出熒光信號的快速增加，表明PCR產(chǎn)物在有效擴增。平臺期：在擴增產(chǎn)物達到飽和后，曲線應趨于平穩(wěn)，表示擴增不再呈指數(shù)級增加。
擴增效率：理想的擴增效率應在90%-110%之間，確保每個循環(huán)中DNA的有效倍增。
無非特異性擴增：擴增曲線應無多余的條帶或信號，確保特異性擴增目標序列。
一致的重復性：在重復實驗中，擴增曲線應表現(xiàn)出一致性，確保結(jié)果的可靠性。
熔解曲線
熔解曲線分析是在PCR擴增結(jié)束后進行的，通過逐漸升高溫度來分析PCR產(chǎn)物的特性。熔解曲線顯示了DNA雙鏈在特定溫度下解鏈的過程，能夠幫助確認擴增產(chǎn)物的特異性和純度。
1.原始圖譜與導數(shù)圖譜
熔解曲線原始圖譜通常展示了PCR擴增產(chǎn)物在不同溫度下的熒光強度變化。
原始圖譜示意圖
熔解曲線導數(shù)圖譜主要用于更清晰地展示PCR產(chǎn)物在不同溫度下的解離特性。
導數(shù)圖譜示意圖
2.熔解曲線解析
通常情況下，熒光定量PCR擴增的產(chǎn)物長度在80到200個堿基對之間，對應的熔解溫度大約在80到90℃。如果陰性對照沒有擴增，可以通過熔解曲線來驗證擴增產(chǎn)物的特異性：
單峰：如果在80到90℃之間出現(xiàn)一個清晰的單峰，說明PCR產(chǎn)物特異性很好，擴增成功。
雙峰：如果出現(xiàn)兩個峰，主峰在80到90℃之間，雜峰在80℃以下（通常60到75℃），可能是存在引物二聚體。可以嘗試提高退火溫度、降低引物濃度或重新設計引物來改善。
非特異性擴增：如果主峰在80到90℃，而在90℃以上又有雜峰，通常表示非特異性擴增。若是基因組DNA污染導致的，可以通過設計跨內(nèi)含子的引物或去除基因組DNA來解決。
標準曲線
構(gòu)建標準曲線，將標準品稀釋成至少5個不同濃度。橫軸代表起始拷貝數(shù)，縱軸為Ct值，繪制標準曲線，以建立Ct值與拷貝數(shù)之間的定量關(guān)系。
標準曲線示意圖
標準曲線的一些參數(shù)能夠反映熒光定量PCR體系的性能，其中斜率反映了PCR的擴增效率。理論上斜率為-3.32，表示100%的擴增效率，這意味著每個循環(huán)PCR產(chǎn)物量理論上翻倍。
實際實驗中，PCR反應并非每個循環(huán)都實現(xiàn)完美倍增，通常有以下兩種情況：
1. 若擴增效率低于100%，可能是由于引物、試劑或反應條件不合適，或標準品稀釋不準確。
2. 若擴增效率高于100%，則可能存在抑制因素，如模板質(zhì)量差或濃度過高，非特異性擴增也可能導致效率過高，需要通過熔解曲線進一步驗證。
因此，擴增效率在90%至110%的范圍內(nèi)，仍可用于數(shù)據(jù)分析。但效率偏離此范圍，則需謹慎對待結(jié)果，并追溯潛在因素。
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