实时荧光定量PCR技术原理资料.ppt
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1、实时实时(sh sh)(sh sh)荧光定量荧光定量PCRPCR技术技术原理、应用及实践原理、应用及实践(Real time Quantitative PCR)Real time Quantitative PCR第一页,共57页。主要主要(zhyo)(zhyo)内容内容 Real-time qPCR的定量的定量(dngling)原理原理2Real-time qPCR的检测的检测(jin c)方法方法3Real-time qPCR的基本概念的基本概念 1Real-time qPCR的解析方法的解析方法 4第二页,共57页。PCRPCR:基本原理:基本原理Denaturation:94 96CAn
2、nealing:50 65CExtension:70 75C基本要素:基本要素:TemplatePrimersDNApolymerasedNTP,N=A,G,CorT第三页,共57页。PCRPCR:基本原理:基本原理理想的理想的PCR反应:反应:N=N0*2n实际实际(shj)的的PCR反应:反应:N=N0*(1+E)nN0:初始模板量:初始模板量N:第:第n次循环后的产物量次循环后的产物量 n:扩增反应的循环次数:扩增反应的循环次数 E:扩增效率:扩增效率S形曲线形曲线(qxin),具有,具有平台效应平台效应第四页,共57页。与普通与普通(ptng)PCR(ptng)PCR的对比的对比同一个
3、样本进行同一个样本进行(jnxng)96(jnxng)96次次重复重复传统传统(chuntng)PCR检测检测Real time PCR Real time PCR 检测检测vReal time PCR-Real time PCR-起点检测起点检测:-起点量是样本中起始的起点量是样本中起始的DNADNA量量-“加入了加入了500500个拷贝个拷贝”-具有重现性,误差小具有重现性,误差小v传统传统PCR-PCR-终点检测终点检测:-终点产物量经过终点产物量经过PCRPCR放大的放大的DNADNA量量-“生成了生成了500500,00000000,00000000个拷贝个拷贝”-不恒定,误差大不恒
4、定,误差大传统传统PCR检测检测第五页,共57页。Real-time qPCR激发激发(jf)(jf)光光发射发射(fsh)(fsh)光光-在在PCRPCR反应体系中加入荧光基团。反应体系中加入荧光基团。-荧光基团在激发光的作用下,产生荧光基团在激发光的作用下,产生(chnshng)(chnshng)波长更波长更长的发射光。长的发射光。-利用荧光信号的变化动态监测整个反应过程。利用荧光信号的变化动态监测整个反应过程。荧光基团荧光基团第六页,共57页。扩增曲线扩增曲线(qxin)(qxin)(primary curveprimary curve)扩增曲线:扩增曲线:随着随着PCRPCR反应的进行
5、,扩增产物不断累积,荧光信号反应的进行,扩增产物不断累积,荧光信号(xnho)(xnho)强度不断增加。每经过一个循环,收集一次荧光信强度不断增加。每经过一个循环,收集一次荧光信号号(xnho)(xnho),通过荧光强度的变化监测扩增产物量的变化,通过荧光强度的变化监测扩增产物量的变化,从而得到扩增曲线图。从而得到扩增曲线图。纵坐标:纵坐标:RnRn(荧光值)(荧光值)横坐标:横坐标:cycle numbercycle number(循环数)(循环数)线性图线性图对数对数(du sh)图图第七页,共57页。荧光荧光(ynggung)阈值阈值(threshold)基线基线(baseline)(b
6、aseline):一般以:一般以PCRPCR反应前反应前1515个循环的荧光信号作为个循环的荧光信号作为(zuwi)(zuwi)本底信号本底信号荧光阀值荧光阀值(threshold)(threshold):扩增曲线上人为设定的一个值:扩增曲线上人为设定的一个值-缺省设置:缺省设置:PCRPCR反应前反应前3-153-15个循环荧光本底信号标准偏差的个循环荧光本底信号标准偏差的1010倍倍-手动设置:大于样本的荧光背景值手动设置:大于样本的荧光背景值第八页,共57页。Ct 值值(Cycle Threshold)CtCt值:值:PCRPCR扩增过程中,扩增产物的荧光信号扩增过程中,扩增产物的荧光信
7、号达到设定的阈值时,荧光值所对应达到设定的阈值时,荧光值所对应(duyng)(duyng)的的PCRPCR循环次数。循环次数。起始模板量起始模板量 基线基线 阈值阈值 Ct Ct值值第九页,共57页。Ct 值值(Cycle Threshold)CtCt值的特点值的特点(tdin)(tdin):相同模板进行相同模板进行9696次扩增,平台期次扩增,平台期DNADNA拷贝数波动拷贝数波动很大,但很大,但CtCt值相对固定;值相对固定;CtCt值则极具重现性值则极具重现性第十页,共57页。CtCt值可以值可以(ky)(ky)确定初始模板量?确定初始模板量?Rn=RB+X0(1+E)N*RSRn=RB
8、+X0(1+E)N*RS第第n n个循环的总信号个循环的总信号 =本底信号本底信号+起始起始DNADNA数目数目*PCR*PCR扩增效率扩增效率(xio l)*(xio l)*单位信号强度单位信号强度当循环次数当循环次数n=Ctn=Ct时时RCt=RB+X0(1+E)Ct*RSRCt=RB+X0(1+E)Ct*RS两边同时取对数得两边同时取对数得:lg(RCt-RB)=lgX0+Ctlg(1+E)+lgRSlg(RCt-RB)=lgX0+Ctlg(1+E)+lgRSCt=-lgX0/lg(1+E)+lg(RCt-RB)-lgRS/lg(1+E)Ct=-lgX0/lg(1+E)+lg(RCt-R
9、B)-lgRS/lg(1+E)Ct=-klgX0+b Ct=-klgX0+blgX0lgX0与与CtCt值呈线性关系值呈线性关系根据根据CtCt值可以计算值可以计算(j sun)(j sun)出样本中起始模板所含有出样本中起始模板所含有的拷贝数的拷贝数起始拷贝数越多,起始拷贝数越多,CtCt值越小。值越小。第十一页,共57页。Rn vs.Cycle number-Rn vs.Cycle number-扩增曲线扩增曲线(qxin)(qxin)LogDNA vs.Ct-LogDNA vs.Ct-标准标准(biozhn)(biozhn)曲线曲线.未知未知10410310610510210标准标准(b
10、iozhn)曲线曲线(standard curve)标准曲线分析标准曲线分析-对已知或未知样本进行系列浓度梯度稀释对已知或未知样本进行系列浓度梯度稀释第十二页,共57页。y=-ax+b y=-ax+b 测定荧光定量测定荧光定量PCRPCR反应的有效性反应的有效性-线性的标准线性的标准(biozhn)(biozhn)曲线:相关系数曲线:相关系数R2R2-扩增效率:扩增效率:扩增效率扩增效率(E)=10-1/(E)=10-1/斜率斜率-1-1 标准标准(biozhn)曲线分析曲线分析第十三页,共57页。荧光定量荧光定量(dngling)PCR(dngling)PCR检测方法检测方法染料标记:染料标
11、记:SYBR Green I SYBR Green I探针探针(tn zhn)(tn zhn)标记:标记:水解探针水解探针(tn zhn)(tn zhn):TaqMan TaqMan非水解探针非水解探针(tn zhn)(tn zhn):Molecular beaconMolecular beacon 第十四页,共57页。SYBR Green I SYBR Green I 工作工作(gngzu)(gngzu)原原理理lSYBR Green I SYBR Green I 是一种与双链是一种与双链DNADNA小沟结合的荧光染料。小沟结合的荧光染料。lSYBR Green ISYBR Green I只
12、与双链只与双链DNADNA结合才结合才能发出能发出(fch)(fch)荧光。荧光。l荧光信号与双链荧光信号与双链DNADNA分子数成正分子数成正比,随着扩增产物增加而增加。比,随着扩增产物增加而增加。荧光信号强度与反应体系荧光信号强度与反应体系(tx)(tx)中所有双链中所有双链DNADNA分子成分子成正比。正比。第十五页,共57页。5353SGSGSGSG5353SGSGSGSGEmissionExcitation-变性时,变性时,DNADNA双链分开,无荧光信号。双链分开,无荧光信号。-延伸结束延伸结束(jish)(jish)时,采集荧光信号。时,采集荧光信号。SYBR Green I S
13、YBR Green I 工作工作(gngzu)(gngzu)原原理理第十六页,共57页。SYBR Green I SYBR Green I优点:优点:使用方便,成本低使用方便,成本低-仅需设计仅需设计(shj)两个引两个引物物通用性好通用性好-对对DNA模板没有选择性模板没有选择性需要在反应结束需要在反应结束(jish)时,对产物做融解曲线分析。时,对产物做融解曲线分析。缺点:缺点:SYBR Green与所有双链与所有双链DNA结合结合-引物二聚体或错误扩增产引物二聚体或错误扩增产物造成物造成(zo chn)假阳假阳性性-只能检测单一模板,无法只能检测单一模板,无法进行多重检测进行多重检测第十
14、七页,共57页。将温度将温度(wnd)(wnd)对荧光强度的变化求导。对荧光强度的变化求导。(-(-dI/dT)dI/dT)融解融解(rngji)(rngji)曲线曲线(dissociation (dissociation curve)curve)确认确认(qurn)PCR(qurn)PCR反应产物的反应产物的特异性特异性 对数图谱对数图谱 原始图谱原始图谱第十八页,共57页。融解融解(rngji)曲线分析曲线分析-非特异性产物非特异性产物(chnw)(chnw)-引物二聚体引物二聚体第十九页,共57页。Taqman Taqman 工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理v探针与靶序列配对
15、探针与靶序列配对v (一段序列,两个基团,(一段序列,两个基团,5 5 报告报告(bogo)(bogo)基团、基团、33淬灭淬灭基团)基团)v完整的探针,报告完整的探针,报告(bogo)(bogo)基团基团R R发射的荧光被淬灭基团发射的荧光被淬灭基团QQ淬淬灭,灭,v 没有荧光产生。没有荧光产生。v聚合酶的聚合酶的55外切酶活性外切酶活性v报告报告(bogo)(bogo)基团基团R R与淬灭基团与淬灭基团QQ分离,发射荧光。分离,发射荧光。RQReporterQuencherRQ荧光信号强度与结合荧光信号强度与结合(jih)(jih)探针的探针的DNADNA分子成正比。分子成正比。第二十页,
16、共57页。Taqman 工作工作(gngzu)原理原理 在退火过程中,探针与靶序列在退火过程中,探针与靶序列(xli)结合结合探针探针(tn zhn)被被Taq酶的酶的5-3 外切酶活性剪切成片断外切酶活性剪切成片断游离报告基团发出荧光游离报告基团发出荧光在延伸过程中,探针部分与靶序列分离在延伸过程中,探针部分与靶序列分离第二十一页,共57页。SYBR Green I与Taqman 对比(dub)Taqman特异性高特异性高-与特异靶序列与特异靶序列(xli)结合结合对模板有选择性对模板有选择性-可进行多重可进行多重PCR反应反应 SYBR Green I 使用方便,成本低使用方便,成本低-仅
17、需设计两个仅需设计两个(lin)引物引物通用性好通用性好-对对DNA模板没有选择性模板没有选择性第二十二页,共57页。荧光定量荧光定量PCRPCR解析解析(ji x)(ji x)方法方法v绝对定量绝对定量v 样本中核酸的量(拷贝数、微克)样本中核酸的量(拷贝数、微克)v-检测某给定血液检测某给定血液(xuy)样本中的病毒颗粒数,样本中的病毒颗粒数,有有6000个拷贝个拷贝v相对定量相对定量v 不同样本中目的基因表达量的差异不同样本中目的基因表达量的差异v-肿瘤组织和正常组织相比肿瘤组织和正常组织相比v 某个基因的表达量某个基因的表达量mRNA改变了多少倍,改变改变了多少倍,改变了了60倍倍第二
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