荧光定量PCR的原理及使用
荧光定量 pcr 的基本原理和步骤
荧光定量PCR的基本原理和步骤
荧光定量PCR（quantitative polymerase chain reaction，qPCR）是一种常用的分子生物学技术，可以用于检测和定量DNA或RNA分子。
其基本原理是在PCR过程中加入荧光探针，通过监测荧光信号的强度来定量PCR产物的数量。
下面是荧光定量PCR的基本步骤：
1. 样品处理：首先需要从待检测样品中提取DNA或RNA，并进行适当的处理，例如反转录、扩增等。
2. 设计引物：根据待检测的目标序列设计特异性引物。
3. PCR反应体系的制备：将引物、荧光探针、dNTPs、PCR缓冲液等混合，制备PCR反应体系。
4. PCR反应：将样品DNA或RNA与PCR反应体系混合，进行PCR反应。
5. 荧光定量：在PCR反应过程中，荧光探针会结合到目标序列上，并通过荧光信号的产生来检测PCR产物的数量。
在荧光定量PCR中，通常采用SYBR Green或TaqMan探针来检测PCR产物的数量。
6. 数据分析：通过对荧光信号的强度进行分析，计算出样品中目标序列的数量，并进行比较和分析。
需要注意的是，在荧光定量PCR中，需要选择合适的荧光探针和荧光信号检测系统，以确保准确和可靠的结果。
此
外，为了避免PCR过程中的污染和误差，需要严格控制PCR 反应条件和操作流程。
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。
荧光定量PCR原理及操作步骤.课件
案例三：病原体检测
总结词
荧光定量PCR在病原体检测中具有高灵敏度和特异性，能够快速准确地检测出极低浓度 的病原体。
详细描述
针对病原体特异性基因序列设计引物和探针，通过荧光定量PCR技术对临床样本进行扩 增和检测。这种方法在传染病诊断、食品安全检测等领域具有广泛应用，能够为疾病预
防和控制提供有力支持。
模板制备
将提取的DNA进行浓度测 定和调整，确保其浓度符 合荧光定量PCR的要求。
引物设计与合成
根据目标基因序列，设计 特异性引物，并进行合成 。
荧光定量PCR反应
反应体系配置
将PCR缓冲液、MgCl2、dNTPs、引 物、DNA模板等按照比例加入PCR管 中。
循环参数设置
荧光信号检测
在PCR仪中进行荧光信号的实时检测 ，记录荧光信号的强度和循环数。
案例二：突变检测
总结词
荧光定量PCR是突变检测的有效手段，能够快速准确地检测DNA序列中的点突变、插入或缺失。
详细描述
针对目标基因的特定区域，设计包含突变信息的引物或探针，通过荧光定量PCR扩增后，利用熔解曲 线或高分辨率溶解分析等技术，判断是否存在突变。这种方法在遗传性疾病诊断、癌症研究等方面具 有重要应用。
荧光定量PCR的原理
• 在PCR反应过程中，随着DNA的扩增，荧光染料或荧光探针会 与新合成的DNA结合，产生荧光信号。荧光信号的积累与DNA 的扩增数量呈线性关系，通过荧光信号的实时监测，可以精确 地计算出起始模板的浓度。
荧光定量PCR的应用
• 荧光定量PCR广泛应用于基因表达分析、突变检测、病原体 检测和基因分型等领域。通过实时监测PCR反应进程，可以 精确定量目标基因的表达水平，检测基因突变，以及鉴定病 原体种类和基因型等。
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原理及应用
荧光定量PCR原理及应用首先，PCR反应：荧光定量PCR使用特异性引物将目标DNA序列扩增。
PCR反应通常包括以下步骤：变性、退火和延伸。
在变性步骤中，反应体系中的DNA双链被加热至95°C，使其变性成两个单链。
随后，在退火温度下，引物与目标DNA的互补序列结合。
最后，在延伸温度下，DNA聚合酶以引物为模板合成新的DNA链。
这些步骤会重复多次，每次都会使目标DNA序列的拷贝数翻倍。
接下来，扩增曲线：随着PCR循环的进行，扩增曲线会呈指数增加。
扩增曲线反映了PCR反应体系中拷贝数的变化。
在扩增曲线的指数增长阶段，荧光信号会迅速增加。
随着PCR循环数增加，荧光信号的增加速率会逐渐减慢。
根据扩增曲线的特征，可以计算出PCR的阈值周期数（Ct值），即荧光信号超过背景噪音的周期数。
Ct值可以用来定量目标DNA序列的拷贝数。
最后，荧光探针：荧光探针是一种含有荧光染料和阻尼染料（quencher）的引物。
引物特异性地结合在扩增产物的靶标序列上。
在引物结合的过程中，荧光信号被抑制。
当引物与靶标序列结合后，PCR反应体系中DNA聚合酶会将DNA链分离，使荧光信号被释放出来。
通过检测释放的荧光信号，可以定量PCR反应体系中目标DNA序列的拷贝数。
1.肿瘤检测：荧光定量PCR可以检测肿瘤相关基因的突变、重排和拷贝数变化。
通过定量目标基因的变化，可以实现对肿瘤的早期诊断和治疗监测。
2.微生物检测：荧光定量PCR可以快速检测致病微生物的存在。
例如，在食品安全领域，可以用荧光定量PCR检测食品中的细菌和病毒污染。
3.分子诊断：荧光定量PCR可以定量检测与疾病相关的遗传变异。
例如，可以通过荧光定量PCR检测与遗传病相关的突变，为临床诊断提供准确的基因检测结果。
4.环境监测：荧光定量PCR可以快速检测环境中的微生物群落的变化。
例如，在水源污染监测中，可以用荧光定量PCR检测水体中的细菌和寄生虫的存在。
总之，荧光定量PCR是一种快速高效的检测技术，可以广泛应用于医学诊断、食品安全、环境监测等领域。
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荧光定量PCR的原理及使用
荧光定量PCR(FQ-PCR)是新近出现的一种定量PCR检测方法。
其基本特点是：1、用产生荧光信号的指示剂显示扩增产物的量。
2、荧光信号通过荧光染料嵌入双链DNA，或双重标记的序列特异性荧光探针或能量信号转移探针等方法获得，大大提高了检测的灵敏度、特异性和精确性。
3、动态实时连续荧光检测，免除了标本和产物的污染，且无复杂的产物后续处理过程，高效、快速。
下面介绍常用的几种检测方法：
1、双链DNA插染料
某些染料如SYBR Green Ⅰ能选择性地与双链DNA结合，同时产生强烈荧光。
在PCR过程中SYBR Green Ⅰ可与新合成的双链DNA结合，产生的荧光信号与双链DNA成正比。
SYBR Green I荧光染料技术原理SYBR Green I是一种只与DNA双链结合的荧光染料。
当它与DNA双链结合时，发出荧光；从DNA双链上释放出来时，荧光信号急剧减弱。
因此，在一个体系，其信号强度代表了双链DNA分子的数量。
SYBR Green 荧光染料法定量PCR的基本过程是：1、开始反应，当SYBR Green染料与DNA 双链结合时发出荧光。
2、DNA变性时，SYBR Green染料释放出来，荧光急剧减少。
3、在聚合延伸过程中，引物退火并形成PCR产物。
4、聚合完成后，SYBR Green 染料与双链产物结合，定量PCR系统检测到荧光的净增量加大。
SYBR Green I荧光染料与DNA双链的结合
SYBR Green I荧光染料能与所有的DNA双链相结合，对DNA模板没有选择性，所以特异性不如TaqMan探针。
要想用荧光染料法得到比较好的定量结果，对PCR引物设计的特异性和PCR反应的质量要求就比较高。
在此前提下，本法是
一种成本低廉的选择。
2、TaqMan探针技术原理
TaqMan探针法是高度特异的定量PCR技术，其核心是利用Taq酶的3′→5′外切核酸酶活性，切断探针，产生荧光信号。
由于探针与模板是特异性结合，所以荧光信号的强弱就代表了模板的数量。
在TaqMan探针法的定量PCR反应体系中，包括一对PCR引物和一条探针。
探针只与模板特异性地结合，其结合位点在两条引物之间。
探针的5′端标记有报告基团(Reporter, R)，如FAM、VIC等，3′端标记有荧光淬灭基团(Quencher, Q)，如TAMRA等。
当探针完整的时候，报告基团所发射的荧光能量被淬灭基团吸收，仪器检测不到信号。
随着PCR的进行，Taq酶在链延伸过程中遇到与模板结合的探针，其5′→3′外切核酸酶活性就会将探针切断，报告基团远离淬灭基团，其能量不能被吸收，即产生荧光信号。
所以，每经过一个PCR循环，荧光信号也和目的片段一样，有一个同步指数增长的
过程。
信号的强度就代表了模板DNA的拷贝数。
5，TaqMan探针的荧光信号产生机制
根据其3′端标记的荧光淬灭基团的不同分为两种：普通的TaqMan探针和TaqMan MGB探针。
MGB探针的淬灭基团采用非荧光淬灭基团(Non-Fluorescent Quencher)，本身不产生荧光，可以大大降低本底信号的强度。
同时探针上还连接有MGB (Minor Groove Binder)修饰基团，可以将探针的Tm值提高10°C左右。
因此为了获得同样的Tm值，MGB探针可以比普通TaqMan探针设计得更短，既降低了合成成本，也使得探针设计的成功率大为提高。
因为在模板的DNA碱基组成不理想的情况下，短的探针比长的更容易设计。
实验证明，TaqMan MGB探针对于富含A/T的模板可以区分得更为理想。
TaqMan MGB探针
探针设计一般应符合以下条件：1、探针长度应在20~40个碱基左右，以保证结合的特异性。
2、G、C碱基含量在40％-60％，避免单核苷酸序列的重复。
3、避免与引物发生杂交或重叠。
4、探针与模板结合的稳定程度要大于引物与模板结合的稳定程度，因此探针的Tm值要比引物的Tm值至少高出5℃。
3、分子信标技术
分子信标技术（molecular beacon）也是在同一探针的两末端分别标记荧光分子和淬灭分子，与TaqMan探针不同的是该探针5′和3′末端自身可形成一个8个碱基左右的发卡结构，此时荧光分子和淬灭分子邻近，因此不会产生荧光。
当溶液中有特异模板时，该探针与模板杂交，从而破坏了探针的发卡结构即FRET消失，于是溶液便产生荧光，荧光的强度与溶液中模板的量成正比，因此可用于PCR定量分析。
Ct 值的含义是:每个反应管的荧光信号达到设定的域值时所经历的循环数。
研究表明 ,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 ,起始拷贝数越多 ,Ct值越小。
利用已知起始拷贝数的标准品可作出标准曲线 ,因此只要获得未知样品的 Ct 值 ,即可从标准曲线上计算出该样品的起始拷贝数。
1、双链DNA插染料
常用的是SYBR Green I荧光染料，其技术原理：SYBR Green I是一种只与DNA双链结合的荧光染料。
当它与DNA双链结合时，发出荧光；从DNA双链上释放出来时，荧光信号急剧减弱。
因此，在一个体系，其信号强度代表了双链DNA分子的数量。
SYBR Green荧光染料法定量PCR的基本过程是：1、开始反应，当SYBR Green染料与DNA双链结合时发出荧光。
2、DNA变性时，SYBR Green染料释放出来，荧光急剧减少。
3、在聚合延伸过程中，引物退火并形成PCR产物。
4、聚合完成后，SYBR Green染料与双链产物结合，定量PCR系统检测到荧光的净增量加大。
荧光染料检测法一般主要是利用荧光染料(如SYBR Green I)与双链DNA分子结合发光的特性来指示扩增产物的增加，优点是：无需另外设计荧光探针，无需特别优化条件，简便易行，成本较低，能适用于任何一款定量PCR仪。
荧光染料法实质上是常规的PCR反应中添加了荧光染料，借助染料和双链DNA的结合所发出的荧光实时监控反应的进程。
由于不需要设计序列特异性探针和优化反应条件，价格低廉，通用性强，而且荧光染料法可用于任何一种型号的定量PCR仪，因而同样得到广泛采用。
在PCR反应体系中，加入过量SYBR Green I荧光染料，SYBR荧光染料掺入DNA双链后荧光信号显著增强；当DNA变性时SYBR Green I染料释放出来，荧光急剧减少；随后在聚合延伸过程中引物退火并形成PCR产物，SYBR Green染料与双链产物结合，经检测获得荧光的净增量。
荧光信号的增加与PCR产物的增加完全同步。
荧光染料可以在反应末尾对扩增产物进行溶解，称为溶解曲线分析。
在溶解曲线分析过程中，随着温度从低于产物溶解点缓慢升到高于产物溶解点，定量PCR仪连续监测每个样品的荧光值。
基于产物长度和G/C含量的不同，扩增产物会在不同的温度点解链。
随着产物的解链就可以看到荧光值的降低并被仪器所测量。
对溶解曲线进行微分可以计算出溶解峰。
溶解峰可以反映反应中扩增到的产物，因此用溶解曲线数据就可以进行定量检测了。
将强毒株H
的RNA模板做10倍倍比稀释后，用紫外分光光度计测定其浓度，
2
然后按下面的公式转换成模板的拷贝数：拷贝数=NDV模板浓度×阿氏常数／(一个碱基的平均分子量×NDV模板的总长度)其中，阿氏常数为6.02×1023，一个碱基的平均分子量为324.5，NDV模板的总长度为15 186 bp，标准品的RNA模板分别进行10－1、10－2 、10－3、10－4、10－5、10－6、10－7稀释后，用紫外分光光度计测定病毒RNA模板的OD值，分别计算其浓度，用于制作标准曲线，同时做一个阴性对照。