PCR反應(yīng)正常狀態(tài)擴增曲線階段解讀
在PCR反應(yīng)體系中加入熒光基團(tuán),利用熒光信號積累實時監(jiān)測整個PCR進(jìn)程,使每一個循環(huán)變得“可見”,最后通過循環(huán)閾值( Cycle threshold,Ct) 和標(biāo)準(zhǔn)曲線的關(guān)系對起始模板進(jìn)行定量分析。
PCR擴增過程中,每一輪循環(huán)均檢測一次熒光信號的強度。隨著反應(yīng)循環(huán)次數(shù)的不斷增加,所擴增的目的基因片段呈指數(shù)規(guī)律增長,反應(yīng)中產(chǎn)生的熒光信號強度與PCR產(chǎn)物的數(shù)量呈正比。儀器實時檢測和采集的熒光信號,隨著時間和循環(huán)數(shù)的不斷增加,產(chǎn)生一條反映實時熒光信號強度變化的曲線,稱為擴增曲線。
擴增曲線以循環(huán)數(shù)為橫坐標(biāo),熒光強度為縱坐標(biāo)。樣本擴增曲線是反應(yīng)PCR進(jìn)程的鏡子,我們可以通過觀察擴增曲線來評估PCR擴增效率,分析實驗是否順利進(jìn)行。擴增曲線的正常與否,反映出實驗中存在的諸多因素和問題,對核酸檢測結(jié)果判讀十分重要。
正常狀態(tài)擴增曲線:正常PCR擴增曲線呈“S”型,分為基線期、指數(shù)期、線性期、平臺期。擴增曲線良好的指標(biāo)是曲線拐點清楚,擴增曲線整體平?性好,基線平??上揚現(xiàn)象。
1、基線期
PCR起始時,剛開始前幾個循環(huán)的熒光信號還沒有發(fā)生變化,接近一條直線,將其稱之為基線,一般是3-15個循環(huán)。在基線期內(nèi),擴增的熒光信號被背景熒光信號所掩蓋,無法判斷PCR產(chǎn)物量的變化。
2、指數(shù)期
擴增的熒光信號高于背景熒光信號,擴增曲線起峰,開始進(jìn)入指數(shù)期。在指數(shù)期內(nèi),每個循環(huán)積聚的產(chǎn)物準(zhǔn)確加倍(假定100%反應(yīng)效率)。該階段的PCR反應(yīng)具有高度特異性和精確度。因為所有試劑均充足,反應(yīng)的動力學(xué)推動反應(yīng)有利于擴增子加倍,所以產(chǎn)物出現(xiàn)指數(shù)級擴增。只有在這個階段,Cq值與初始模板量的對數(shù)之間存在線性關(guān)系,所以在此階段進(jìn)行定量分析最合適。
3、線性期(高變異性)
隨著PCR反應(yīng)體系各成分的消耗,其中的一種或者多種成分限制反應(yīng),導(dǎo)致反應(yīng)開始減緩,并且每個循環(huán)的PCR產(chǎn)物不再加倍,該階段不再是指數(shù)級擴增。
4、平臺期
反應(yīng)停止,不再產(chǎn)生更多產(chǎn)物,并且如果放置時間夠長,PCR產(chǎn)物將開始降解。因為每個樣品具有不同的反應(yīng)動力學(xué),所以每支試管或每個反應(yīng)將在不同的時間點進(jìn)入平臺期,最終的產(chǎn)物含量也各不相同。
由于線性期和平臺期的擴增產(chǎn)物已不再呈指數(shù)級的增加,PCR的產(chǎn)物量與初始模板量之間沒有線性關(guān)系,所以也不能通過這兩個階段的PCR產(chǎn)物量計算出初始模板量。想要知道初始模板量的多少,還要依賴指數(shù)期的Cq值進(jìn)行計算。
理論上,PCR每個循環(huán)后擴增產(chǎn)物量即增加一倍,擴增曲線應(yīng)表現(xiàn)為熒光值隨著循環(huán)數(shù)增加而不斷上升。
實際上,擴增曲線的熒光值并不會隨著循環(huán)數(shù)的增加而無限上升。這是由于PCR擴增進(jìn)行到一定階段,反應(yīng)體系中的原料發(fā)生消耗和變性,如dNTP和酶等原料相對于模板減少,同時酶活性逐漸達(dá)到飽和;引物二聚體和反應(yīng)亞產(chǎn)物(如焦磷酸)的產(chǎn)生也會抑制擴增反應(yīng);引物和已擴增的DNA片段間的競爭等都會導(dǎo)致PCR的擴增效率逐步降低,直至為0。因此,擴增曲線表現(xiàn)為擴增到一定的循環(huán)數(shù)后,熒光值不再隨著循環(huán)數(shù)發(fā)生變化,而是保持平坦,出現(xiàn)平臺期。