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認知PCR、定量PCR和數字PCR方法的選擇

從1985到現在,PCR分析經歷了三代技術發展。第壹代傳統PCR技術使用瓊脂糖凝膠電泳對PCR產物進行定性分析。第二代熒光定量PCR技術,通過在PCR反應體系中加入熒光基團,利用熒光信號的積累來實時監控PCR過程,最終利用Cq值對基因進行定量分析。第三代數字PCR技術,通過PCR反應液的有限稀釋,實現核酸分子的單分子擴增,最終采用終點法檢測陽性液滴的熒光信號,有熒光信號的液滴解釋為1;沒有熒光信號的液滴被解釋為0,所以這種技術被稱為數字PCR。

PCR技術不斷變化但從未淡出我們的視野,現在已經滲透到分子生物學領域的各個研究層面。特別是在今年全球爆發的疫情病中,它顯示了PCR技術的威力。那麽在科研中應該如何選擇傳統PCR、熒光定量PCR和數字PCR呢?

首先我們要明確,第三代PCR技術的所有基礎都來自於PCR反應的基本原理和PCR反應的三個重要階段,即指數階段、線性階段和平臺階段。

指數周期

在指數期,每個循環的PCR產物量增加了約1倍(假設反應效率為100%),該階段的擴增反應具有很高的特異性和準確性。

線性周期(高可變性)

隨著PCR反應體系組分的消耗,其中壹種或多種組分限制了反應,導致反應變慢,每個循環中的PCR產物不再加倍。

平臺期

反應停止,不再產生更多的產物。因為每個樣品的反應動力學不同,所以每個反應會在不同的時間點進入平臺期,在平臺期就可以看到這些差異。

傳統PCR

傳統PCR通過瓊脂糖凝膠電泳分析PCR的最終產物(圖2),但其局限性在於只能做定性分析。在圖3中,三個反應孔含有相同量的DNA模板,但到達平臺期後產生的熒光信號不同,說明擴增產物的量不同(由於反應動力學的變化)。這也說明傳統PCR平臺周期測量結果不壹,產生的DNA量可能不能反映初始情況,因此無法量化。

實時定量pcr

同樣在圖3中,發現三個反應孔的擴增曲線在指數期內完全壹致,表明在指數期內檢測將更準確,並且可以實現更準確的定量。閾值線是擴增產物的熒光強度超過背景時的熒光強度值,樣品達到該熒光強度值後的循環數稱為Cq值。通過比較未知濃度樣品和壹系列標準品的Cq值,可以準確確定未知反應中模板DNA的數量。

數字pcr

數字PCR是將樣本DNA隨機分配到獨立的反應單元中,每個反應單元包含或不包含1或更多拷貝的靶分子。在所有獨立的反應單元被平行擴增後,檢測每個反應單元的陰性或陽性熒光信號並進行統計分析,從而可以計算出原始樣品的拷貝數,而無需參照標準或內源對照或標準曲線。

傳統PCR、熒光定量PCR和數字PCR的選擇

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參考資料:

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