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一文讀懂熒光定量PCR(qPCR):從原理、熒光染料到Ct值

更新時(shí)間:2025-09-08      點(diǎn)擊次數(shù):79
  熒光定量PCR(qPCR)是一種通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)PCR擴(kuò)增過程中熒光信號(hào)變化,實(shí)現(xiàn)核酸定量分析的分子生物學(xué)技術(shù)。其核心原理、熒光標(biāo)記體系及Ct值解讀,構(gòu)成了該技術(shù)的三大支柱。
  一、核心原理:實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與定量分析
  qPCR在傳統(tǒng)PCR基礎(chǔ)上引入熒光標(biāo)記系統(tǒng),通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)循環(huán)的熒光信號(hào)強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)擴(kuò)增產(chǎn)物的動(dòng)態(tài)跟蹤。當(dāng)熒光信號(hào)達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時(shí),所經(jīng)歷的循環(huán)數(shù)即為Ct值(CycleThreshold)。由于Ct值與起始模板量呈負(fù)相關(guān)(模板量越多,Ct值越小),結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)曲線可實(shí)現(xiàn)絕對(duì)定量或相對(duì)定量分析。例如,在疾病診斷中,通過檢測(cè)病原體核酸的Ct值,可判斷感染程度;在基因表達(dá)研究中,比較不同樣本的Ct值差異,可分析基因表達(dá)水平。
  二、熒光標(biāo)記體系:染料法與探針法
  染料法(SYBRGreenI)
  SYBRGreenI是一種嵌入型熒光染料,可非特異性結(jié)合雙鏈DNA(dsDNA)。在游離狀態(tài)下,染料熒光微弱;與dsDNA結(jié)合后,熒光強(qiáng)度增強(qiáng)1000倍。該方法操作簡(jiǎn)便、成本低,但無法區(qū)分特異性產(chǎn)物與非特異性擴(kuò)增(如引物二聚體),需通過熔解曲線分析驗(yàn)證產(chǎn)物特異性。
  探針法(TaqMan探針)
  TaqMan探針為寡核苷酸鏈,5’端標(biāo)記熒光報(bào)告基團(tuán),3’端標(biāo)記淬滅基團(tuán)。探針完整時(shí),報(bào)告基團(tuán)熒光被淬滅;PCR擴(kuò)增時(shí),Taq酶的5’→3’外切酶活性切割探針,釋放報(bào)告基團(tuán),熒光信號(hào)與產(chǎn)物量同步累積。該方法特異性強(qiáng)(需引物與探針雙重匹配)、靈敏度高(可檢測(cè)單拷貝基因),且支持多重檢測(cè)(通過不同熒光標(biāo)記區(qū)分多個(gè)靶基因)。
  三、Ct值:定量分析的核心參數(shù)
  Ct值是qPCR結(jié)果解讀的關(guān)鍵指標(biāo),其大小直接反映起始模板量。例如,在腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)中,若患者樣本中某基因的Ct值顯著低于健康人群,可能提示基因過表達(dá),與腫瘤發(fā)生相關(guān)。此外,Ct值還可用于評(píng)估實(shí)驗(yàn)效率:標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率接近-3.32時(shí),擴(kuò)增效率達(dá)100%;若斜率偏離,需優(yōu)化反應(yīng)條件(如引物濃度、退火溫度)。
  四、應(yīng)用場(chǎng)景與優(yōu)勢(shì)
  qPCR廣泛應(yīng)用于疾病診斷(如新冠病毒檢測(cè))、基因表達(dá)分析、轉(zhuǎn)基因檢測(cè)及SNP分型等領(lǐng)域。其核心優(yōu)勢(shì)包括:
  高靈敏度:可檢測(cè)單拷貝基因;
  高特異性:探針法通過雙重匹配確保結(jié)果準(zhǔn)確;
  實(shí)時(shí)定量:無需電泳等后處理步驟,避免交叉污染;
  寬動(dòng)態(tài)范圍:可覆蓋5-6個(gè)數(shù)量級(jí)的模板濃度。
  從原理到應(yīng)用,qPCR以熒光信號(hào)為“量尺”,為生命科學(xué)研究與臨床診斷提供了精準(zhǔn)、高效的核酸定量工具。
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