实时荧光定量PCR（一个极有效的实验方法）
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更新时间：2023-05-22
实时荧光定量PCR
一个极有效的实验方法
基本信息
| 中文名 | 实时荧光定量多聚核苷酸链式反应 |
| 外文名 | Real-timeQuantitativepolymerase chain reaction |
| 简称 | 实时荧光定量PCR |
| 外文简称 | qPCR |
工作原理
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。
检测方法
1.SYBRGreenⅠ法：
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
SYBR定量PCR扩增荧光曲线图
PCR产物熔解曲线图（单一峰图表明PCR扩增产物的单一性）
2.TaqMan探针法：
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产物的形成完全同步。
技术原理
将标记有荧光素的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。
Ct 值
1. 荧光阈值（threshold）的设定
2. Ct值与起始模板的关系
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，公式如下。
Ct=-1/lg(1+Ex)*lgX0+lgN/lg(1+Ex)
n为扩增反应的循环次数，X0为初始模板量，Ex为扩增效率，N为荧光扩增信号达到阈值强度时扩增产物的量。
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。
荧光化学物质
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，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。
3.分子信标：是一种在5和3末端自身形成一个8个碱基左右的发夹结构的茎环双标记寡核苷酸探针，两端的核酸序列互补配对，导致荧光基团与淬灭基团紧紧靠近，不会产生荧光。PCR产物生成后，退火过程中，分子信标中间部分与特定DNA序列配对，荧光基因与淬灭基因分离产生荧光。
传统定量PCR
1．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，下游引物不用标记。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，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。
3．内标对定量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。
实时荧光定量PCR
实时荧光定量PCR技术有效地解决了传统定智能能终点检测的局限，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。
外标准曲线的定量方法相比内标法是一种准确的、值得信赖的科学方法。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。
实时荧光定量PCR的定量方法
在Real-timePCR中，模板定量有两种策略，相对定量和绝对定量。
相关应用
关于名称
根据MIQE（Minimum Information for Publication of Quantitative Real-Time PCR Experiments）的指导方针，qPCR为Quantitative real-time PCR的简称，RT-qPCR指的是Reverse transcription–qPCR，RT-PCR仅用来表示Reverse transcription polymerase chain reaction，而不是Real-time PCR，但是有少数作者并没有坚持这一原则。
检测H7N9禽流感的主要方法
2013年春季，中国内地发生多起H7N9禽流感染人人类事件，截至4月6日下午五时，全国共报告18例人类感染，6人死亡。针对此次禽流感事件，对送检样本进行H7N9检测的方法共有两种，一种是进行核酸检测，即采用实时荧光定量PCR方法对H7N9的特异性核酸进行检测；另一种一种就是对样本进行H7N9病毒分离鉴定，直接获取毒株。“核酸检测快速准确，是现在实验室采用的主要检验方法。”专家说，H7N9特异性核酸检验耗时短，从完成样本处理到最后获取检测结果，进行确诊，整个过程在3-5个小时内完成，可实现对病毒的快速诊断。
检测过程分为三个步骤：对医院采集样本进行标本处理，如果发现可疑病例，将由当地医院专业的医护人员进行采样，主要提取患者的咽拭子样本或含漱液、鼻拭子、肺部清洗液的样本，安全保存后送至实验室开展病毒检测；提取病毒核酸，随后与H7N9核酸检测试剂配成反应体系，因为检测试剂主要针对H7N9的特异性核酸片段会起反应。可以说，通过这个试剂能快速确定病人是否感染了H7N9禽流感病毒；放入荧光定量PCR仪做病毒核酸特异扩增，进行荧光定量检测，最后结果进行检测分析，判断是否呈阳性反应。
“H7N9禽流感检测试剂被放置在食指大小的密封透明试管里。每套检测试剂由6份EP管组成，包含白色的水滴形小管‘引物’，以及棕色小管‘探针’。引物和探针主要是针对H7N9特异性核酸片段。目前这些试剂被放在专用试剂盒中，放置在专用冰箱保存。”
参考资料
[1]
在线讲座：内参在real-time PCR病原体检测中的应用 · 丁香通[引用日期2013-04-07]
[2]
浙江省疾控中心专家回答三大防控焦点问题 · 新浪浙江[引用日期2013-04-07]
[3]
荧光定量PCR：简介，原理，应用 · 丁香通[引用日期2013-04-07]
