荧光定量PCR是通过检测并记录反应体系中荧光信号的变化来实时监测整个PCR进程,
扩增曲线是描述PCR动态进程的曲线,以循环数为横坐标,以反应过程中实时荧光信号强度为纵坐标。
理论上PCR过程中反应产物是以指数增长的,但随着PCR循环数的增加,DNA聚合酶失活、dNTP和引物枯竭、反应副产物阻碍反应等原因,致使PCR的扩增效率降低,产物生成的速度逐渐减缓,因此扩增曲线是一条“S形”曲线。
扩增曲线可以分成四个时期:基线期,指数期,线性期,平台期。
基线期:扩增曲线的水平部分,扩增的荧光信号被荧光背景信号所掩盖,无法判断产物生成量的变化。
指数期:PCR指数扩增期,扩增曲线起峰,每个循环的产物量与初始模板量符合指数关系,PCR产物量的对数值与起始模板量之间存在线性关系。
线性期:PCR反应后期,由于PCR反应体系各成分的消耗、产物抑制等因素的影响,反应效率降低,产物量与初始模板量不再符合指数关系。
平台期:PCR反应停止,PCR产物不再随循环数增加而增加。由于影响PCR扩增的因素错综复杂,每个反应进入平台期的时间和平台期的高低都各不相同。
Cycles
扩增曲线示意图
扩增曲线中还有几个重要的名词值得注意!
基线(baseline):由于荧光背景的存在,PCR反应的最初3~15个循环的荧光信号变化不大,接近一条直线,即为基线。
1、基线可以自动生成也可以手动设置,设置时需考虑在消除荧光背景的同时,不能覆盖非荧光背景的扩增信号。
2、同一次反应中对于不同的基因需要单独设置基线,目前各种荧光定量 PCR软件的最新版本允许对单个样品自动优化基线设置。
阈值(threshold):在扩增曲线的指数增长区域内,选择任意适当位置设定的荧光检出界限。
1、荧光阈值一般由仪器自动设置,也可以手动设置。荧光域值为基线荧光信号标准差的10倍。
2、同一次反应中对于不同的基因可单独设置阈值,但对于同一个基因扩增一定要设置相同的阈值。
Ct值(Cycle threshold valve): 指每个PCR反应管内的荧光信号到达设定域值时所经历的循环数。
1、Ct值位于指数期的开始阶段,此时样品间细小误差尚未放大且扩增效率相对恒定,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。
2、Ct值具有重现性,分析时一般取15~35,Ct值太大或太小都会影响定量分析结果的准确性。
Ct值的计算方法有两种:
1、交点法:通过阈值和扩增曲线的交点计算Ct值,Ct值会随阈值的设定位置不同而发生变化,实验间误差较大。
2、二次曲线峰值法:通过将扩增曲线二次求导后取其峰值计算Ct值,Ct值不会随阈值的设定位置不同而变化,实验重现性高,同时能排除仪器检出误差的影响。
良好的扩增曲线特征:
1、基线期平整——基线平直或略微下降,无明显的上扬趋势;
2、指数期明显——指数期起峰,陡度较大,曲线拐点清楚;
3、 曲线整体平滑——线性期慢慢趋于平整,平台期基本平整;
4、重复性好——复孔间扩增曲线的指数期重复性较好,Ct值尽量一致,相差最好不要超过0.5个Ct值。