熒光定量PCR(qPCR)是一種通過實時監測PCR擴增過程中熒光信號變化,實現核酸定量分析的分子生物學技術。其核心原理、熒光標記體系及Ct值解讀,構成了該技術的三大支柱。
一、核心原理:實時監測與定量分析
qPCR在傳統PCR基礎上引入熒光標記系統,通過實時監測每個循環的熒光信號強度,實現擴增產物的動態跟蹤。當熒光信號達到預設閾值時,所經歷的循環數即為Ct值(CycleThreshold)。由于Ct值與起始模板量呈負相關(模板量越多,Ct值越小),結合標準曲線可實現絕對定量或相對定量分析。例如,在疾病診斷中,通過檢測病原體核酸的Ct值,可判斷感染程度;在基因表達研究中,比較不同樣本的Ct值差異,可分析基因表達水平。
二、熒光標記體系:染料法與探針法
染料法(SYBRGreenI)
SYBRGreenI是一種嵌入型熒光染料,可非特異性結合雙鏈DNA(dsDNA)。在游離狀態下,染料熒光微弱;與dsDNA結合后,熒光強度增強1000倍。該方法操作簡便、成本低,但無法區分特異性產物與非特異性擴增(如引物二聚體),需通過熔解曲線分析驗證產物特異性。
探針法(TaqMan探針)
TaqMan探針為寡核苷酸鏈,5’端標記熒光報告基團,3’端標記淬滅基團。探針完整時,報告基團熒光被淬滅;PCR擴增時,Taq酶的5’→3’外切酶活性切割探針,釋放報告基團,熒光信號與產物量同步累積。該方法特異性強(需引物與探針雙重匹配)、靈敏度高(可檢測單拷貝基因),且支持多重檢測(通過不同熒光標記區分多個靶基因)。
三、Ct值:定量分析的核心參數
Ct值是qPCR結果解讀的關鍵指標,其大小直接反映起始模板量。例如,在腫瘤標志物檢測中,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,與腫瘤發生相關。此外,Ct值還可用于評估實驗效率:標準曲線斜率接近-3.32時,擴增效率達100%;若斜率偏離,需優化反應條件(如引物濃度、退火溫度)。
四、應用場景與優勢
qPCR廣泛應用于疾病診斷(如新冠病毒檢測)、基因表達分析、轉基因檢測及SNP分型等領域。其核心優勢包括:
高靈敏度:可檢測單拷貝基因;
高特異性:探針法通過雙重匹配確保結果準確;
實時定量:無需電泳等后處理步驟,避免交叉污染;
寬動態范圍:可覆蓋5-6個數量級的模板濃度。
從原理到應用,qPCR以熒光信號為“量尺”,為生命科學研究與臨床診斷提供了精準、高效的核酸定量工具。