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    凡納濱對蝦WSSV、IHHNV和CMNV多重PCR檢測方法的建立

    2019-02-13 01:35:34陳浩楠劉群王菁徐赟霞王宇吳艷輝耿緒云孫金生薛淑霞
    河北漁業(yè) 2019年1期
    關(guān)鍵詞:泳道對蝦病原

    陳浩楠 劉群 王菁 徐赟霞 王宇 吳艷輝 耿緒云 孫金生 薛淑霞

    摘?要:根據(jù)偷死野田村病毒(CMNV)的保守基因序列,設(shè)計(jì)篩選出1對特異性引物CMN279,利用已公布的凡納濱對蝦白斑綜合征病毒(WSSV)和傳染性皮下及造血器官壞死病毒(IHHNV) 特異性引物WSS235和IHHN356,建立了一種同時(shí)檢測WSSV、IHHNV和CMNV的多重 PCR 檢測方法。收集18種病原、健康對蝦組織及WSSV、IHHNV、CMNV陽性病料,開展特異性測試,該方法可以特異性擴(kuò)增出WSSV、IHHNV、CMNV基因片段,健康對蝦肌肉組織、其他18種病原均未擴(kuò)增出任何片段,特異性強(qiáng)。應(yīng)用克隆方法制備目的基因質(zhì)粒,應(yīng)用連續(xù)稀釋質(zhì)粒方法開展靈敏度測試,測定該方法檢測靈敏度分別為WSSV 9.74 fg、IHHNV 7.65 fg、CMNV 10 fg;與已報(bào)道的多重PCR檢測靈敏度相比較,檢測靈敏度提高10倍。應(yīng)用本研究建立的多重PCR檢測方法與實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法同時(shí)進(jìn)行22個(gè)樣品檢驗(yàn),多重PCR檢驗(yàn)方法的檢驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)方法檢驗(yàn)結(jié)果符合率為100%。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:本研究建立的多重PCR檢驗(yàn)方法具有特異性強(qiáng)、靈敏度高、檢驗(yàn)時(shí)間短、檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度高的特點(diǎn),可用于WSSV、IHHNV和CMNV三種病原的快速檢測診斷。

    關(guān)鍵詞:多重PCR;白斑綜合征病毒;傳染性皮下及造血器官壞死病毒;偷死野田村病毒

    白斑綜合征病毒 (WSSV)和傳染性皮下和造血器官壞死病毒(IHHNV)是當(dāng)前危害全球?qū)ξr養(yǎng)殖業(yè)的兩種主要病原[1],其引起的對蝦疾病被世界動(dòng)物衛(wèi)生組織(World Organisation for Animal Health, OIE)《水生動(dòng)物衛(wèi)生法典》收錄,被列為需要報(bào)告的水生動(dòng)物病毒性疫病。2009年,上述兩種疾病被農(nóng)業(yè)部《一、二、三類動(dòng)物疫病病種名錄》列為水生生物一、二類動(dòng)物疫病病原[2],并被農(nóng)業(yè)部列入《水生動(dòng)物疫病監(jiān)測計(jì)劃》,在重要養(yǎng)殖區(qū)域進(jìn)行定時(shí)、定點(diǎn)監(jiān)測。而偷死野田村病毒(CMNV)是導(dǎo)致對蝦病毒性偷死病的病原,是近年來新發(fā)現(xiàn)的一種病毒,成為危害對蝦養(yǎng)殖的又一個(gè)重要病原[3]。這三種病毒的存在,嚴(yán)重影響到對蝦養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展,每年造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

    目前,檢測對蝦病毒的方法有很多種。其中,組織病理學(xué)方法和電鏡技術(shù)存在耗時(shí)費(fèi)力、操作繁瑣的問題,實(shí)用性較差。而免疫學(xué)方法存在抗體不易獲得和成本過高的問題,很難在生產(chǎn)中進(jìn)行推廣應(yīng)用。隨著分子生物技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的常規(guī)PCR檢測技術(shù),因其具有特異性強(qiáng)、反應(yīng)迅速、靈敏度高的特點(diǎn),而被廣泛應(yīng)用于對蝦病毒檢測。但是,常規(guī)PCR和RT-PCR也具有局限性,一次PCR反應(yīng)只能檢測一種病原。多重PCR技術(shù)的誕生剛好彌補(bǔ)了上述缺點(diǎn),其突出特點(diǎn)是一次PCR反應(yīng)可同時(shí)檢測多種病原,在對蝦病原檢測中具有很高的實(shí)用價(jià)值[4]。

    本研究在前人的研究基礎(chǔ)上,以北方對蝦養(yǎng)殖過程中的常見病毒為研究對象,依據(jù)現(xiàn)有序列,建立WSSV、IHHNV、CMNV 多重PCR檢測技術(shù)。在常規(guī)病原檢測中使用該方法,可以一次檢測WSSV、IHHNV、CMNV 三種病原的攜帶情況,大大降低工作量,節(jié)約檢測時(shí)間和檢測成本,在對蝦健康養(yǎng)殖和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的生物安全監(jiān)控中具有重要意義[5]。

    1?材料與方法

    1.1?實(shí)驗(yàn)材料

    試驗(yàn)所需的攜帶WSSV、IHHNV和CMNV陽性樣品材料由天津市水生動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心實(shí)驗(yàn)室提供,樣品編號分別為ZX2015-JY62、ZX2015-JY1656和ZX2015-JY1636。

    TOP10感受態(tài)細(xì)胞(CB104)、瓊脂糖凝膠回收試劑盒(TIANGEN, DP209-03)、TIANprep Mini Plasmid Kit質(zhì)粒小提試劑盒(TIANGEN, DP103)、TIANamp Genomic DNA Kit血液/細(xì)胞/組織基因組DNA提取試劑盒均購于天根生化科技(北京)有限公司。

    pMD18-T Vector (TaKaRa, D101A)購于寶生物工程(大連)有限公司。

    1.2?主要試劑

    Ex Taq DNA 聚合酶,10×Ex Taq Buffer (Mg2+ free),MgCl2 (25 mmol/L),dNTP mixture (10 mmol/L),DL2000 DNA Marker,均購于寶生物工程(大連)有限公司。RNase-Free H2O,TRIzol Reagent,購于北京索萊寶科技有限公司。PCR引物由金唯智生物科技有限公司(北京)合成。LB培養(yǎng)基購于北京陸橋有限公司。

    1.3?試驗(yàn)方法1.3.1?引物設(shè)計(jì)與合成?依據(jù)NCBI提供的偷死野田村病毒(CMNV)序列(Gene Bank NO.: KM112247),利用Primer Premier 5軟件,設(shè)計(jì)篩選特異性引物CMN279。選取我單位設(shè)計(jì)的引物序列WSS235(CN 1944666A)為對蝦白斑綜合征病毒特異性引物。查閱OIE水生動(dòng)物疾病診斷手冊,選擇IHHN356為傳染性皮下及造血器官壞死病毒特異性引物。引物由金唯智生物科技有限公司(北京)合成,引物序列見表1。

    1.3.2?核酸提取及cDNA合成?取100 mg鰓絲、肝胰腺,放入1.5 mL離心管中,用小剪刀剪碎。樣品的DNA模板按照TIANamp Genomic DNA Kit血液/細(xì)胞/組織基因組DNA提取試劑盒說明書進(jìn)行提取,將提取后的模板-20 ℃保存?zhèn)溆谩悠返腞NA模板按照TRIzol Reagent說明書進(jìn)行提取,利用隨機(jī)引物,將提取的RNA反轉(zhuǎn)錄為cDNA,并保存于-80 ℃?zhèn)溆谩?

    1.3.3?單重PCR擴(kuò)增及質(zhì)粒構(gòu)建?參照Ex Taq DNA聚合酶(TaKaRa, RR01AM)說明書,配置25 μL PCR反應(yīng)體系:10× Ex Taq Buffer (Mg2+ free) 2.5 μL,MgCl2 (25 mmol/L) 1.5 μL,dNTPs (10 mmol/L) 2 μL,F(xiàn) (20 μmol/L) 0.5 μL,R (20 μmol/L) 0.5 μL,Ex Taq DNA聚合酶(5 U/μL) 0.125 μL,RNase-Free H2O 16.875 μL,模板1 μL。PCR程序:95 ℃預(yù)變性4 min,95 ℃變性20 s,56 ℃復(fù)性30 s,72 ℃延伸25 s,40個(gè)循環(huán),最后72 ℃延伸7 min,4 ℃保溫。進(jìn)行PCR擴(kuò)增后,擴(kuò)增產(chǎn)物經(jīng)1%瓊脂糖凝膠電泳,并觀察結(jié)果。將PCR產(chǎn)物送往金唯智生物科技有限公司(北京)進(jìn)行測序。

    利用連接、轉(zhuǎn)化、克隆等技術(shù)手段,獲得濃度和純度較高的含有目的基因片段的重組質(zhì)粒。用TIANprep Mini Plasmid Kit質(zhì)粒小提試劑盒(TIANGEN, DP103)進(jìn)行質(zhì)粒提取,并使用超微量核酸測定儀(IMPLEN, P330)測定其濃度及純度,于-80 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

    1.3.4?多重PCR檢測方法的建立和優(yōu)化?以Ex Taq DNA聚合酶提供的體系為基礎(chǔ),建立多重PCR反應(yīng)體系和PCR反應(yīng)程序。以建立的多重PCR反應(yīng)體系和PCR反應(yīng)程序?yàn)榛A(chǔ),依次進(jìn)行Mg2+濃度、dNTPs濃度、引物濃度、Ex Taq DNA聚合酶濃度和退火溫度的優(yōu)化。

    設(shè)計(jì)Mg2+在體系中的終濃度為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 mmol/L等六個(gè)濃度梯度,進(jìn)行體系中Mg2+濃度的優(yōu)化。

    設(shè)計(jì)dNTPs在體系中的終濃度為0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mmol/L等六個(gè)濃度梯度,進(jìn)行體系中dNTPs濃度的優(yōu)化。

    設(shè)計(jì)引物在體系中的終濃度為0.1、0.25、0.5、1.0、1.5 μmol/L等六個(gè)濃度梯度,進(jìn)行體系中引物濃度的優(yōu)化。

    設(shè)計(jì)Ex Taq DNA聚合酶在體系中的終濃度為0.04、0.08、0.12、0.16、0.2、0.24 U/μL等六個(gè)梯度,進(jìn)行體系中Ex Taq DNA聚合酶濃度的優(yōu)化。

    以單重PCR反應(yīng)程序?yàn)榛A(chǔ)進(jìn)行反應(yīng)程序的優(yōu)化,退火溫度共設(shè)置6個(gè)梯度,分別為49.5、52.5、55.5、58.5、61.5和64.5 ℃。

    1.3.5?多重PCR反應(yīng)的特異性測試

    以凡納濱對蝦基因組為模板,引物分別為對蝦18S rDNA引物和多重PCR反應(yīng)引物,利用優(yōu)化后的體系和程序,進(jìn)行基因組特異性測試。

    利用目前實(shí)驗(yàn)室掌握的病原(寄生蟲、細(xì)菌、病毒),進(jìn)行該方法的特異性測試。病原主要包括:病毒性神經(jīng)壞死病病毒(Viral Nervous Necrosis Virus,VNNV)、大鯢虹彩病毒(Andrias davidianus iridovirus,ADIV)、中華鱉虹彩病毒(Soft shelled turtle iridovirus,STIV)、草魚呼腸孤病毒(Grass carp reovirus-873,GCRV-873)、鯉春病毒(Spring viraemia of carp virus,SVCV)、傳染性造血器官壞死病毒(Infectious hematopoietic necrosis virus , IHNV)、錦鯉皰疹病毒(Koi hepesvirus,KHV)、草魚呼腸孤病毒(Grass carp reovirus-9014,GCRV-9014)、壞鰓指環(huán)蟲(Dactylogyrus vastator)、鳙指環(huán)蟲(Dactylogyrus aristichthy)、小鞘指環(huán)蟲(Dactylogyrus vaginulatus)、頁形指環(huán)蟲(Dactylogyrus lamellatus)、嗜水氣單胞菌(Aeromonas hydrophila)、溫和氣單胞菌(Aeromonas sobria)、創(chuàng)傷弧菌(Vibrio vulnificus)、霍亂弧菌(Vibrio cholerae)、溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)、副溶血弧菌(Vibrio paraheamolyticus)、肝腸胞蟲(Enterocytozoon hepatopenaei,EHP)、副溶血弧菌高致病性基因(PirA、PirB)等。

    1.3.6?多重PCR反應(yīng)的靈敏性測試?以10倍比梯度稀釋的質(zhì)粒(E+0~E+10)作為模板,利用優(yōu)化后的體系和程序,進(jìn)行靈敏性測試。測試過程中,以電泳條帶明晰可辨為檢測臨界線,從而測試該方法的靈敏性。

    1.3.7?多重PCR反應(yīng)的準(zhǔn)確性測試?隨機(jī)抽取2015年實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)樣品22個(gè),同時(shí)進(jìn)行多重PCR檢測和標(biāo)準(zhǔn)方法檢測,以標(biāo)準(zhǔn)方法PCR檢測結(jié)果為準(zhǔn),對多重PCR檢測結(jié)果進(jìn)行比較,從而評價(jià)多重PCR檢測方法的準(zhǔn)確性。標(biāo)準(zhǔn)方法見表2。

    2?結(jié)果

    2.1?單重PCR擴(kuò)增結(jié)果

    采用合成的引物WSS235、IHHN356和CMN279,分別對相應(yīng)的病毒進(jìn)行擴(kuò)增,將PCR產(chǎn)物送往金唯智生物科技有限公司(北京)進(jìn)行測序。結(jié)果顯示,三對引物均能擴(kuò)增出相應(yīng)病毒的單一目的條帶(圖1),測序后經(jīng)比對發(fā)現(xiàn),擴(kuò)增序列為相應(yīng)病毒的特異性目的基因。

    2.2?多重PCR檢測方法的確定

    通過對Mg2+濃度(圖2)、dNTPs濃度(圖3)、引物濃度(圖4)和Ex Taq DNA聚合酶濃度(圖5)進(jìn)行優(yōu)化,得出多重PCR反應(yīng)體系為:10×Ex Taq Buffer (Mg2+ free) 2.5 μL,MgCl2 (25 mmol/L) 2.0 μL,dNTPs (10 mmol/L) 2.5 μL,WSSV、IHHNV和CMNV上下游引物 (20 μmol/L) 分別1.25 μL,Ex Taq DNA聚合酶(5 U/μL) 1.0 μL,RNase Free H2 O 6.5 μL,模板3.0 μL。

    通過對退火溫度(圖6)進(jìn)行優(yōu)化,得到PCR反應(yīng)程序:95 ℃預(yù)變性4 min,95 ℃變性20 s,61.5 ℃復(fù)性30 s,72 ℃延伸25 s,40個(gè)循環(huán),最后72 ℃延伸7 min,4 ℃保溫。

    2.3?多重PCR反應(yīng)的特異性

    以凡納濱對蝦基因組為模板,引物分別為對蝦18S rDNA引物和多重PCR反應(yīng)引物,利用優(yōu)化后的體系和程序,進(jìn)行基因組特異性測試,結(jié)果見圖7。擴(kuò)增結(jié)果顯示,當(dāng)模板為對蝦基因組時(shí),進(jìn)行多重PCR反應(yīng),無擴(kuò)增條帶出現(xiàn),說明建立的多重PCR反應(yīng)不能擴(kuò)增凡納濱對蝦基因組。

    以20種病原的DNA或cDNA為模板進(jìn)行多重PCR反應(yīng),結(jié)果見圖7。電泳圖顯示,陽性對照在235 bp、279 bp、356 bp處出現(xiàn)擴(kuò)增條帶,且條帶清晰,無拖尾,也未發(fā)現(xiàn)由于引物二聚體或引物錯(cuò)配而出現(xiàn)的非特異性擴(kuò)增條帶;同時(shí),其他非目標(biāo)病原DNA或cDNA均無擴(kuò)增條帶出現(xiàn)。由此說明該方法特異性強(qiáng),引物之間無干擾。

    2.4?多重PCR反應(yīng)的靈敏性

    多重PCR反應(yīng)的靈敏性測試結(jié)果如圖8所示,當(dāng)稀釋度為105copies/μL即模板中WSSV含量為0.974 pg、CMNV含量為1 pg、IHHNV含量為0.765 pg時(shí),擴(kuò)增效率明顯減弱,目的條帶變暗;當(dāng)稀釋度到103copies/μL及模板中WSSV含量為9.74 fg、CMNV含量為10 fg、IHHNV含量為7.65 fg時(shí),能夠清晰看到電泳條帶;當(dāng)稀釋度到102copies/μL及模板中WSSV含量為0.974 fg、CMNV含量為1 fg、IHHNV含量為0.765 fg時(shí),目的片段模糊。因此,本實(shí)驗(yàn)建立的多重PCR的檢出限為103copies/μL,即模板中WSSV含量為9.74 fg、CMNV含量為10 fg、IHHNV含量為7.65 fg。

    2.5?多重PCR反應(yīng)的準(zhǔn)確性測試

    抽取實(shí)驗(yàn)室保存的檢驗(yàn)樣品22個(gè),同時(shí)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)方法檢測和多重PCR檢測,以標(biāo)準(zhǔn)方法PCR檢測結(jié)果為準(zhǔn),對多重PCR檢測結(jié)果進(jìn)行比較,從而評價(jià)多重PCR方法的準(zhǔn)確性。對比結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表3。

    注:B: 空白對照;M: DL 2000Marker;+: 陽性對照;1泳道: 1010copies/μL ;2泳道: 109copies/μL;3泳道: 108copies/μL ;4泳道: 107copies/μL;5泳道: 106copies/μL ;6泳道: 105copies/μL ;7泳道: 104copies/μL ;8泳道: 103copies/μL;9泳道: 102copies/μL ;10泳道: 101copies/μL;11泳道: 100copies/μL圖8?靈敏度測試結(jié)果

    應(yīng)用建立的多重PCR方法進(jìn)行對蝦樣品檢驗(yàn),檢測單一病毒的準(zhǔn)確率為100%,檢測混合病毒的準(zhǔn)確率為100%,表明該方法準(zhǔn)確可靠。

    3?討論

    多重PCR(multiplex PCR,又稱多重引物PCR或復(fù)合PCR),是在常規(guī)PCR基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種DNA擴(kuò)增技術(shù),其反應(yīng)原理、試劑、操作、儀器設(shè)備等與常規(guī)PCR反應(yīng)相同,其突出特點(diǎn)是一次 PCR 反應(yīng)即可同時(shí)檢測、鑒別出多種病原體,在臨床診斷病毒的混合感染中具有很高的實(shí)用價(jià)值[4]。該理論最早被Chamberian提出[6],到2002年該技術(shù)被用于檢測凡納濱對蝦同時(shí)攜帶WSSV、TSV的情況[7],隨后該方法在臨床檢驗(yàn)中發(fā)揮重要作用。

    隨著蝦類病毒混合感染的情況越來越嚴(yán)重,在進(jìn)行蝦病診斷和親蝦篩選過程中,常規(guī)PCR和RT-PCR技術(shù)雖然較傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法縮短了檢驗(yàn)時(shí)間,提高了準(zhǔn)確性,但是仍然要消耗大量的檢測試劑、需要足夠多的儀器設(shè)備以及完成大量的重復(fù)工作,這些問題給實(shí)驗(yàn)室造成了巨大的壓力[5]。本研究建立的多重PCR檢測方法,只需一次PCR反應(yīng),就能檢測3種病毒,節(jié)約了2/3的檢測成本。另外,該方法可以在8 h內(nèi)同時(shí)完成凡納濱對蝦攜帶WSSV、IHHNV和CMNV的快速檢測,較常規(guī)PCR方法節(jié)省時(shí)間5 d,大大提高了檢測效率,縮短了檢測周期,能夠滿足臨床快速檢測的要求,可用于凡納濱對蝦病毒混合感染的臨床檢測和親蝦篩選等工作。

    本研究通過Primer Premier 5軟件進(jìn)行引物設(shè)計(jì),并嚴(yán)格遵守引物設(shè)計(jì)原則,最終獲得多對特異性引物;結(jié)合現(xiàn)有PCR條件,篩選出符合要求的特異性引物。通過上述方法獲得的引物序列,具有擴(kuò)增片段短、擴(kuò)增效率高、特異性強(qiáng)等特點(diǎn)。這是多重PCR檢測方法靈敏度高的一個(gè)重要原因,而另一個(gè)原因是DNA聚合酶的改變。Ex Taq DNA 聚合酶與r Taq DNA 聚合酶相比,具有擴(kuò)增效率更高、錯(cuò)配率更低的特點(diǎn)。因此,本研究選擇擴(kuò)增效果更好的Ex Taq DNA 聚合酶作為多重PCR反應(yīng)的催化劑,能夠更好的完成多重PCR反應(yīng),保證PCR結(jié)果的準(zhǔn)確性,從而提高了多重PCR檢測方法的靈敏度。

    在我國,楊冰等首次研究了養(yǎng)殖對蝦同時(shí)攜帶WSSV、IHHNV的情況,并利用多重PCR技術(shù)檢出兩種病毒,該體系對WSSV DNA的檢測靈敏度為2.6 pg,對IHHNV DNA檢測靈敏度為99.25 fg[8]。吳思思等用多重PCR同時(shí)檢測WSSV和TSV,其靈敏度分別為5 pg和0.5 pg。此后,很對學(xué)者開展了利用多重PCR技術(shù)檢測蝦類病原的研究,其靈敏度一般在0.1~10 pg范圍內(nèi)。而本研究建立的多重PCR檢測方法,能夠最低檢測出WSSV 9.74 fg、CMNV 10 fg、IHHNV 7.65 fg,比其他多重PCR反應(yīng)靈敏度提高10倍。

    利用多重PCR檢測方法與實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有檢測方法分別對實(shí)驗(yàn)室樣品進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)兩種方法的檢測結(jié)果完全一致,說明該方法的準(zhǔn)確性高。因此,本研究建立的多重PCR檢測方法,具有檢驗(yàn)時(shí)間短、特異性強(qiáng)、靈敏度高、結(jié)果準(zhǔn)確的特點(diǎn)。

    WSSV、IHHNV和CMNV作為目前對蝦養(yǎng)殖生產(chǎn)中重要的病毒病原,不僅能夠單獨(dú)感染養(yǎng)殖對蝦,還能夠混合感染。在對上一年度檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí),發(fā)現(xiàn)混合感染樣品占樣品總數(shù)的10%,這說明多種病毒混合感染的現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。本研究建立的多重PCR檢測方法具有快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn),滿足生產(chǎn)的需要。在親蝦篩選、苗種檢疫中應(yīng)用,能保證養(yǎng)殖者投放的蝦苗安全、可靠;在養(yǎng)殖過程中定期檢測病原攜帶情況,可以及早發(fā)現(xiàn)疾病,防止疾病的爆發(fā)流行,最大限度地減少經(jīng)濟(jì)損失,保證對蝦健康養(yǎng)殖和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

    參考文獻(xiàn):

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    [8] 楊冰.對蝦傳染性皮下及造血組織壞死病毒(IHHNV)的檢測及其流行情況初步調(diào)查[D].青島:中國海洋大學(xué),2004.

    (收稿日期:2018-10-15)

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