荧光定量PCR的原理及其应用
荧光定量PCR工作原理及应用PPT课件
灵敏度高
由于采用了荧光信号，荧 光定量PCR具有较高的灵 敏度，能够检测低拷贝数 的基因表达。
重复性好
通过标准化和内参基因的 校正，荧光定量PCR具有 较好的重复性，结果可靠。
突变检测
检测范围广
荧光定量PCR可以检测各 种类型的基因突变，包括 点突变、插入和缺失等。
高通量
通过多重PCR和阵列技术， 可以对多个基因位点进行 高通量突变筛查。
准确性高
由于采用了实时监测和荧 光信号，荧光定量PCR能 够提高突变检测的准确性。
病原体检测与鉴定
快速准确
荧光定量PCR能够快速准确地检 测和鉴定病原体，为临床诊断和
治疗提供依据。
高灵敏度
对病原体进行特异性扩增后，荧 光定量PCR能够检测出极低浓度
的病原体。
鉴别分型
通过荧光标记的特异性探针，可 以对病原体进行分型和鉴别，有 助于了解疾病传播和流行病学调
特点
高灵敏度、高特异性、可定量分 析、可自动化等。
发展历程
01
02
03
04
1996年
美国PE-Cetus公司推出第一 台商业化荧光定量PCR仪。
1997年
ABI公司推出TaqMan荧光探 针技术。
2000年
实时荧光定量PCR技术开始广 泛应用于临床诊断和科研领域
。
2004年
数字PCR技术问世，实现了单 分子水平的检测。
荧光定量pcr工作原理及应 用ppt课件
目录
• 荧光定量PCR技术概述 • 荧光定量PCR工作原理 • 荧光定量PCR的应用 • 荧光定量PCR的优缺点 • 荧光定量PCR的未来发展
01
荧光定量PCR技术概述定义与特点 Nhomakorabea定义
荧光定量pcr原理及应用
荧光定量PCR原理及应用一、引言荧光定量PCR（Quantitative Polymerase Chain Reaction）是一种广泛应用于生物学和医学领域的分子生物学技术，它能够在短时间内扩增DNA序列并定量测量样品中特定DNA的数量。
本文将深入探讨荧光定量PCR的原理和应用。
二、荧光定量PCR原理2.1 PCR基本原理回顾在了解荧光定量PCR原理前，我们首先回顾一下PCR的基本原理。
PCR是一种通过反复复制DNA片段的技术，它基于DNA复制的三个基本步骤：变性、引物结合和延伸。
1.变性：将DNA加热到95℃，使其两个链分离成单链。
2.引物结合：将温度降至适合引物结合的温度。
引物是针对待扩增的DNA片段设计的短寡核苷酸序列，它们与待扩增片段的两端互补。
引物结合到待扩增片段上。
3.延伸：在适当的酶的作用下，延伸引物，合成互补链。
通过重复这个循环，DNA片段会指数增加。
2.2 荧光定量PCR原理荧光定量PCR在PCR的基础上进行了改进，引入荧光染料和荧光探针。
荧光染料可以与DNA结合并发出荧光信号，荧光探针可以在PCR过程中实时检测DNA的扩增情况。
1.引物设计：荧光定量PCR需要设计两个引物，一个用于扩增目标DNA，另一个用于扩增内参（house-keeping gene），作为对比和标准。
2.荧光染料：在PCR反应体系中添加荧光染料，如SYBR Green。
SYBR Green可以结合到PCR产物的DNA上，并发出荧光信号。
3.荧光探针：荧光定量PCR还可以使用荧光探针，如TaqMan探针。
TaqMan探针是一种特殊的寡核苷酸序列，它含有两个荧光染料（荧光报告染料和荧光阻断染料）和一个酶切位点。
在PCR反应中，当探针与待扩增片段结合时，酶会切除探针，导致荧光信号的降低。
4.实时检测：荧光定量PCR可以实时检测PCR反应体系中的荧光信号。
荧光信号的强度与PCR产物的数量成正比，通过检测荧光信号的变化，可以定量测量待扩增片段的数量。
荧光定量PCR的原理及其应用
荧光定量PCR的循环过程
变性
在95℃下，DNA双链被打开，形成单 链模板。
延伸
在72℃下，DNA聚合酶从引物3'端开 始延伸DNA链。
退火
感谢您的观看
THANKS
定量分析。
引物设计
引物是荧光定量PCR反应的关 键，用于扩增特定的DNA片 段。引物设计需遵循一定的 原则，如特异性、长度、GC 含量等。
反应条件
荧光定量PCR反应需要设置适 当的反应条件，如温度、时 间、循环数等。这些条件直 接影响扩增效率和准确性。
荧光信号的收集和分析
荧光信号收集
在荧光定量PCR反应过程中，仪器会自动收集每个循环的 荧光信号。这些信号可以实时监测扩增过程，并用于定量 分析。
由于荧光定量PCR技术采用了标准曲线法， 可以建立统一的定量标准，使得不同实验 之间的结果具有可比性和可重复性。
缺点
成本较高
荧光定量PCR技术需要特殊的仪器设备和荧光染料，因此 相对于传统PCR技术，其成本较高。
操作复杂
荧光定量PCR技术的操作相对较为复杂，需要经过一定的 培训和技术指导才能获得准确的结果。
用将更加深入和广泛。
对未来发展的展望和挑战
要点一
展望
荧光定量PCR技术将继续发展，新方法和新技术的应用将 进一步提高其灵敏度、特异性和自动化程度。同时，荧光 定量PCR的应用领域也将不断拓展，为临床诊断和生物科 学研究提供更多有效的工具。
要点二
挑战
尽管荧光定量PCR技术已经取得了很大的进展，但仍存在 一些挑战和限制，如提高检测灵敏度和特异性、降低成本 和提高检测速度等。未来需要不断改进和完善技术，以适 应不断变化的需求和应用场景。
1、试述荧光定量pcr技术的原理、方法、注意事项及其在临床与科研中的应用
1、试述荧光定量pcr技术的原理、方法、注意事项及其在临床与科研中的应用
荧光定量PCR是一种在PCR反应过程中，通过荧光信号的检测来对PCR产物进行实时定量分析的技术。
1. 原理：
荧光定量PCR利用荧光染料或者荧光探针，标记扩增过程中的每一个循环的产物，这些荧光标记的产物在激发光的作用下会发出荧光。
随着反应的进行，PCR产物不断累积，荧光信号也随之增强。
通过对荧光信号的实时监测，可以推断出样本中起始模板的数量。
2. 方法：
主要方法包括探针法、SYBR Green I染料法和分子信标法等。
探针法使用与目标序列特异性结合的荧光探针来标记PCR产物。
SYBR Green I染料法则是利用染料与双链DNA的结合特性，将染料添加到反应体系中，随着PCR产物的增加，染料的荧光信号也增强。
3. 注意事项：
荧光定量PCR对样品纯度要求较高，应避免杂质的干扰。
反应体系中的成分和浓度需要精确控制，以确保实验结果的准确性。
荧光定量PCR的结果解读需要参考标准曲线，以确定未知样本中的目标序列数量。
4. 在临床与科研中的应用：
在临床应用中，荧光定量PCR被广泛用于病原体检测、基因突变分析、遗传病诊断以及癌症研究等。
例如，用于检测病毒如HIV、HBV等的载量，或者检测癌症相关基因的表达水平。
在科研领域，荧光定量PCR可用于基因表达分析、基因组学和表观遗传学研究中。
例如，比较不同组织或细胞类型的基因表达差异，或者研究表观遗传修饰对基因表达的影响。
总的来说，荧光定量PCR技术是一种高灵敏度、高特异性的核酸定量分析方法，对于临床诊断和科学研究具有重要意义。
荧光定量pcr实验原理与应用
荧光定量pcr实验原理与应用荧光定量PCR（qPCR）是一种广泛应用于分子生物学和遗传学研究中的技术。
它利用荧光探针或荧光染料来实现对PCR产物的定量，从而测量样品中相应基因的拷贝数。
本文将介绍qPCR的原理、步骤以及应用。
qPCR的原理：qPCR利用PCR反应体系中的DNA聚合酶，在不断复制DNA的过程中将荧光探针或荧光染料标记的探针与靶标DNA结合，并释放荧光信号量。
PCR反应过程中，荧光强度与反应体系中的DNA 量成正比。
通过荧光信号的强度，可以在PCR反应结束后测量靶标DNA的数量。
qPCR的步骤：qPCR主要分为两个步骤：反应体系的制备和实验操作。
反应体系的制备：反应体系中主要包括模板DNA、引物和荧光探针等。
引物是两个齐端互补的DNA片段，能够在相应的温度下与模板DNA进行互补配对，从而在PCR反应中扩增目标DNA片段。
荧光探针是一种含有荧光染料和荧光猝灭剂的DNA分子，可以与PCR产物的靶标DNA结合，通过荧光信号来定量PCR产物。
实验操作：qPCR的实验操作包括PCR反应的设置和荧光信号的测量。
在PCR 反应中，引物和荧光探针与模板DNA结合，通过PCR反应体系中的DNA聚合酶进行扩增。
在PCR反应结束后，通过荧光信号的测量来定量PCR产物。
荧光信号可以通过实时荧光定量PCR仪器进行测量。
qPCR的应用：qPCR在分子生物学和遗传学研究中有着广泛的应用。
例如：1.基因表达分析：qPCR可以对特定基因的表达进行定量，从而研究基因的表达模式和变化。
2.病毒和微生物检测：qPCR可以检测病毒和微生物的DNA/RNA，从而进行快速和准确的病原体检测。
3.遗传疾病的诊断：qPCR可以检测遗传疾病相关基因的突变和拷贝数变化，从而进行遗传疾病的诊断。
4.转基因生物检测：qPCR可以对转基因生物中外源基因的拷贝数进行检测，从而进行转基因生物的鉴定和检测。
qPCR是一种快速、准确、可重复的分子生物学技术，广泛应用于遗传学、生物医学、环境科学和农业等领域。
荧光定量pcr实验原理与应用
荧光定量pcr实验原理与应用荧光定量PCR（qPCR）是一种高灵敏度、高特异性的DNA扩增技术，通过检测PCR反应体系中的荧光信号实时监测DNA的合成量。
这种技术结合了传统PCR的高效性和荧光探针的高度特异性，广泛应用于基因表达分析、病原体检测、基因定量、基因型鉴定等领域。
一、原理荧光定量PCR利用荧光信号与PCR产物数量呈正比的原理，通过实时监测PCR反应过程中荧光信号的强度变化来确定反应体系中模板DNA的初始量。
在PCR反应中，荧光探针与特定的DNA序列结合，并发出荧光信号。
随着PCR反应的进行，产物数量逐渐增加，荧光信号也随之增加。
通过检测荧光信号的增长曲线，可以确定初始模板DNA的数量。
二、应用1.基因表达分析：荧光定量PCR可用于实时监测基因的表达水平，通过检测靶基因的mRNA量来研究基因在不同条件下的表达情况。
2.病原体检测：荧光定量PCR可用于快速准确地检测病原体的存在，如病毒、细菌等，对临床诊断和疾病监测具有重要意义。
3.基因定量：荧光定量PCR可用于定量分析基因拷贝数、基因表达水平等，对基因功能研究和疾病诊断有重要作用。
4.基因型鉴定：荧光定量PCR可用于检测基因型多态性，如单核苷酸多态性（SNP）、插入缺失等，用于遗传学研究和个体鉴定。
三、优势与传统PCR技术相比，荧光定量PCR具有以下优势：1.高灵敏度：荧光信号与PCR产物数量呈正比，可实现低拷贝数DNA的检测。
2.高特异性：荧光探针设计精准，可准确识别靶基因序列，避免非特异性扩增。
3.实时监测：可实时监测PCR反应过程中的荧光信号，得到实时、准确的反应动态信息。
4.高准确性：荧光定量PCR结果稳定可靠，可用于定量分析和比较研究。
荧光定量PCR作为一种高效、高灵敏的DNA定量技术，在生命科学研究、临床诊断、食品安全监测等领域具有广泛应用前景。
随着技术的不断发展和完善，荧光定量PCR将在更多领域发挥重要作用，为科学研究和临床实践提供强有力的支持。
荧光定量pcr实验原理与应用
荧光定量pcr实验原理与应用荧光定量PCR（qPCR）是一种常用的分子生物学技术，可以快速、准确地检测和定量DNA或RNA分子。
本文将介绍荧光定量PCR实验的原理和应用。
一、实验原理1. PCR反应PCR（聚合酶链式反应）是一种体外扩增DNA序列的技术。
在PCR反应中，通过加热使DNA双链解旋成单链，然后利用引物（primer）与目标序列互补配对，聚合酶（polymerase）在引物的作用下沿着模板链合成新的互补链。
这个过程会不断重复，每个循环会使目标序列数量翻倍。
2. 荧光探针荧光探针是一种特殊的引物，在其5'端连接有一个荧光染料（如FAM），在3'端连接有一个荧光抑制剂（如BHQ1）。
当荧光探针与目标序列互补配对时，聚合酶可以沿着模板链合成新的互补链，并将荧光染料从抑制剂中释放出来。
这个过程会导致荧光信号强度随着PCR反应进行而逐渐增加。
3. 标准曲线为了定量PCR反应产生的荧光信号，需要建立一个标准曲线。
标准曲线是一系列已知浓度的目标序列样品，通过在PCR反应中使用不同浓度的目标序列样品，可以建立一个荧光信号强度与目标序列浓度之间的关系。
这个关系可以用于计算未知样品中目标序列的浓度。
二、实验步骤1. 样品制备将待检测的DNA或RNA提取出来，并用电泳等方法检查其质量和纯度。
将样品稀释至适当浓度，并制备好质控样品和模板对照。
2. PCR反应体系制备根据PCR反应体系所需的组分（如聚合酶、引物、dNTPs等）按比例混合，并加入模板DNA或RNA，最终制备出PCR反应混合液。
3. 荧光探针设计和合成根据目标序列设计荧光探针，并将其合成。
荧光探针需要与引物配对，共同作为PCR反应体系中的一部分。
4. PCR反应程序设置根据所选用的PCR仪器和荧光探针类型设置PCR反应程序，包括温度梯度、反应循环数、荧光信号检测时间等。
5. qPCR实验将PCR反应混合液加入PCR管或板中，放入PCR仪器中进行反应。
荧光定量PCR的原理及应用
荧光定量PCR的原理及应用荧光定量聚合酶链反应（qPCR）是一种基于荧光信号的分子生物学技术，用于定量检测目标DNA序列的数量。
它结合了传统的聚合酶链反应（PCR）技术和荧光探针技术，通过检测盘细胞PCR扩增过程中产生的荧光信号的数量来确定目标序列的初始模板DNA的量。
以下是荧光定量PCR的原理和应用相关内容。
1.原理：荧光定量PCR基于PCR扩增技术，通过DNA的双链不断不断的分离和扩增，形成指数级别的增加，从而使DNA数量可检测，实现定量的目标DNA检测。
在PCR反应体系中加入DNA荧光探针，该探针含有一个荧光染料和一个阻断器。
在PCR反应中，荧光探针与引物结合，并通过荧光染料发射荧光信号。
当引物与靶DNA序列结合时，即在扩增成产物的过程中，荧光探针被水解，导致发射的荧光不再受到阻断器的遮挡，荧光信号显著增加。
通过检测PCR反应中荧光信号的强度，来确定目标序列的初始模板DNA量。
2.应用：（1）基因表达分析：荧光定量PCR可用于分析特定基因在不同组织、细胞类型或疾病状态下的表达水平差异。
通过测量目标基因的荧光信号，可以定量表达水平。
（2）病原体检测：荧光定量PCR可用于检测并定量常见病原体的存在。
例如，通过检测病毒或细菌的DNA或RNA来确定其感染程度。
（3）遗传疾病诊断：荧光定量PCR可用于检测一些遗传疾病相关基因突变的存在，并定量突变的数量。
（4）细菌或病毒负荷检测：在一些感染疾病的监测中，荧光定量PCR可用于检测和定量病菌或病毒在患者体内的负荷，可用于监测治疗效果。
（5）环境微生物分析：荧光定量PCR可用于分析和定量土壤、水样和空气等环境中的微生物（如细菌、真菌和病毒）的存在和变化。
（6）转基因分析：在转基因研究中，荧光定量PCR可用于检测和定量外源基因的存在并分析其表达水平。
（7）单细胞分析：荧光定量PCR可用于对单个细胞中目标基因或突变的检测和定量。
这对于研究单细胞的异质性和功能以及肿瘤细胞的进化和耐药性等方面的研究具有重要意义。
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应用
肿瘤抑制基因高甲基化而引起基因沉默是胃肿瘤发生 的一个重要机制
甲基化一般发生在基因的启动子区CpG中的C核苷酸
SOCS-1 (suppressor of cytokine signaling-1)高甲基化与 胃肿瘤的发生具有密切联系
荧光定量PCR
研究方法
胃癌患者血清DNA提取 （蛋白酶K、SDS、酚/氯仿、乙醇）
荧光定量PCR
研究方法
亚硫酸氢钠处理的血清DNA
94°C 6min 94°C 10sec
定量PCR (SYBR)
应用
64°C 25sec 72°C 25sec
40cycles
77°C 10sec
Melting curve analysis
结果统计、临床意义分析
荧光定量PCR
研究结果
应用
Melt curve of real time MSP analysis of SOCS-1 gene
荧光定量PCR
原理
荧光定量PCR
在体系中引入荧光染料 实时检测 扩增阶段： 指数期 平台期
荧光定量PCR
C(t) value Threshold line
原理
阈值：荧光扩增曲线指数增长期设定的一个荧光强度标准 C(t)值：荧光信号到达阈值时所经过的扩增循环次数
荧光定量PCR
荧光定量PCR
杂交探针方法
• TaqMan 探针 • 分子信标探针（Molecular Beacons）
原理
TaqMan探针
3’ 5’ 5’ 3’
Primers
R
d.NTPs Taq酶
反应体系
Q
Probe
Taq
l
R
Q
变
性
Q
5’
R
3’
退 火
R
Q
5’
Taq
3’
1. 链取代 2. 水
R Q
5’
Taq
R
5’ 3’
解
Taq
5’
5’ 3’
3. 聚
合
l Taq
5’
R
5’ 3’
4. 检测荧光
扩增特异性强 可以做多重检测
成本较高
Molecular Beacon
发夹结构
退火时与靶片段结合 引物延伸时被切断
More…
荧光定量PCR
• • • • • • 医疗领域的应用 科学研究方面的应用 公安系统内的应用 动植物检疫 考古学方面的应用 ……
More…
We need to decide what to start?
• 决定实验方案（绝对定量？相对定量？） 实验目的 • 决定选用实验方法 (SYBR green？TaqMan?) 检测基因数、样本数 成本核算
We need Kits?
定量PCR试剂 • SYBR Green I Mix • TaqMan Mix 配套耗材 • Tubes • Strips • Plate
应用
食品检测，如各种有害病原微生物，如 病毒、细菌、支原体 转基因植物检验，如转基因大豆、西红 柿等
荧光定量PCR
其他方面的部分应用（2）：
应用
公安系统相关 ：
个人身份鉴定
物证的各种鉴定
人种的鉴定 考古方面 物种分类
荧光定量PCR
乙肝病毒HBV检测
应用
据统计，目前中国有10~15%的人感染有 HBV病毒 人工受精前男性HBV检测 患者血清、精液的HBV检测
X=X0(1+Ex)n
原理
n：扩增反应的循环次数 X：第n次循环后的产物量 X0：初始模板量 Ex：扩增效率
log X=log X0 (1+Ex)n
log X0= (- log(1+Ex) )*n+ log X
log X0= (- log(1+Ex) )*C(t) + log Xc(t)
初始模板的Log10值与Ct值呈线性关系！
荧光定量PCR
相对定量
原理
无需制备标准品(2 -ΔΔc(t) 法)，需要内参照基因，注 意扩增效率(内参与目的基因扩增效率相近）
差异表达分析，芯片结果验证等
荧光定量PCR
原理
• 插入染料法
SYBR Green I
• 杂交探针法
TaqMan
插入染料方法的原理
3’ 5’ 5’ 3’
Primers
荧光定量PCR
Outline
• 荧光定量PCR的原理 • 荧光定量PCR应用
PCR 反应过程
3’ 5’ 5’ 3’
Primers
d.NTPs
Taq 酶
反应组分
变
性
3’
5’
5’
3’
退
火
3’
Taq
Taq
5’
延
3’
伸 复
重
3’
3’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’
5’
循环2 4个拷贝
3’
3’ 3’
3’ 3’ 3’
Template
50~200ng
统计分析
扩增HBV核心抗原core 基因
荧光定量PCR
检测结果
应用
特异性强：使用了Taqman probe 灵敏：检测下限达到了10 copies，
Amplification of standards
荧光定量PCR
检测结果
应用
血清中HBV含量比精液中高出两个数量级
The standard curve of (in vitro methylated DNA, IVD) determined at 77°C
荧光定量PCR
研究结果
应用
a
In vitro methylated DNA b Results from duplicate experiment c Amount of methylated SOCS-1 as determined by Ct value
• 相对定量
双标准曲线法 2 -ΔΔc(t) 法
荧光定量PCR
绝对定量
原理
通过浓度梯度标准品，绘制标准曲线
样品结果与标准曲线比对得到精确的浓度 • 精确定量 • 大范围拷贝数样品同时检测 –100 — 1010 • 省时有效 临床检测，转基因检测，环境监测等
荧光定量PCR
相对定量
原理
设置内标：b-actin、GAPDH等管家基因 对靶基因进行均一化：靶基因拷贝／每一个内标 基因拷贝
研究方面的部分应用（1）： 分子生物学方面：
应用
研究各种处理对细胞mRNA含量变化的影响
比较染病组织与正常组织中各种mRNA含量差异
DNA或RNA的转染量与实验结果关系的研究
荧光定量PCR
研究方面的部分应用（2）： 植物学方面： 转基因植物中基因拷贝数与性状的关系 监测转基因植物中基因拷贝数的变化 转基因植株早期的筛选 监测农作物病虫害抗药性变化
• 修饰非甲基化CpG为UpG
• 甲基化位点不修饰
应用
亚硫酸氢钠处理
DNA template
定量PCR 体系
SYBR supermix
Primers
针对未经修饰改变的启动子序列
以 In vitro methylated DNA(IVD)为阳性对照（标准品） 以非甲基化的胃癌细胞系KATO III为阴性对照 以6个年龄、性别匹配的正常人血清做统计学分析
3’ 5’ 3’ 5’ 3’
5’
循环3
3’
5’ 3’
5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’
3’ 3’
8个拷贝
3’
3’ 3’
PCR反应模式
Theoretical
Log Target DNA
Real Life
Cycle #
同一样品96复孔的实验结果
荧光定量PCR
原理
常规PCR 电泳鉴定
缺憾
无法对初始模板精确定量 无法实时监测扩增情况 跑胶繁琐、易污染
应用
荧光定量PCR
研究方面的部分应用（3）：
应用
动物学方面：
动物疫情监测
新的防止疫情发生及控制的药物及方法的研究
转基因动物中目的基因拷贝数与品质的关系研 究及早期筛选
荧光定量PCR
其他方面的部分应用（1）： 进出口检验相关 ： 动物检疫，如各种动物流行病 植物检疫，如各种植物流行病 有害动物，特别是昆虫
d.NTPs Taq酶
SYBR Green I
反应组分
Taq
l
ID
变
性
3’
5’
5’
3’
退
火
3’
ID Taq
ID ID
Taq ID ID
5’
延
3’
伸
5’
l
3’
l ID ID ID l l
l ID
Taq 5’
3’
检测激发的荧光
Taq
ID
插入染料法相对成本低 不需要设计探针，通用性强 对引物的设计要求较高（注意非特异性扩增） 不能做多重PCR
荧光定量PCR
设定标准品，绘制标准曲线
原理
106
105
104 103 102 10
荧光强度---循环数 曲线
初始模板量对数---C(T)循环数标 准曲线
荧光定量PCR
原理
通过标准曲线对未知样品模板进行准确定量
unknown Ct值
104
103
荧光定量PCR
两种定量方法
• 绝对定量
标准曲线法