蒲路莎,蘇世博,陳肖韓,趙麗麗,*,陳洪巖,*
(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院,黑龍江 大慶 163000; 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 哈爾濱獸醫(yī)研究所,獸醫(yī)生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江省實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與比較醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 哈爾濱 150069)
星狀病毒(astrovirus,AstV)是一種無(wú)囊膜二十面體RNA病毒,直徑28~30 nm,病毒基因組包含5’端非編碼區(qū)(5′-untranslated region,5′-UTR)、3’端非編碼區(qū)(3′-untranslated region,3′-UTR)和3個(gè)開(kāi)放性閱讀框(open reading frames,ORFs)ORF1a、ORF1b、ORF2,其中ORF2負(fù)責(zé)編碼病毒必需的衣殼蛋白[1-3]。星狀病毒是導(dǎo)致動(dòng)物腹瀉的主要病原之一[4],可感染機(jī)體其他組織臟器,導(dǎo)致雛鴨致死性肝炎[5]、雞腎炎[6]、鵝內(nèi)臟痛風(fēng)和哺乳動(dòng)物腦炎[7]等。2017年1月,我國(guó)東南地區(qū)兩家商品鵝養(yǎng)殖基地鵝群暴發(fā)了鵝痛風(fēng)病,3~5周齡家鵝發(fā)病率約為35%,死亡率接近20%[8]。2017年3—12月,在江蘇、安徽、山東和河南多地鵝場(chǎng)都發(fā)生以痛風(fēng)為主要特征的疾病[9]。一種以痛風(fēng)為主要癥狀的鵝源星狀病毒(goose astrovirus,GoAstV)病在我國(guó)迅速蔓延,給鵝養(yǎng)殖業(yè)造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失[10]。本研究從實(shí)驗(yàn)室分離的GoAstV HLJ01株(GenBank accession number:MN175321)擴(kuò)增ORF2基因,對(duì)其進(jìn)行遺傳進(jìn)化分析,并利用原核表達(dá)系統(tǒng)表達(dá)GoAstV HLJ-1801株的ORF2基因,制備鼠抗ORF2蛋白多克隆抗體,為進(jìn)一步建立GoAstV的血清學(xué)檢測(cè)方法,做到有效防控奠定基礎(chǔ)。
GoAstV HLJ01株由本實(shí)驗(yàn)室分離所得,大腸埃希菌BL21(DE3)菌株、pET-32a載體由本實(shí)驗(yàn)室保存。6~8周齡健康雌性SPF級(jí)BALB/c小鼠購(gòu)自遼寧長(zhǎng)生生物技術(shù)有限公司。小量DNA膠回收試劑盒、提取質(zhì)粒試劑盒購(gòu)自O(shè)mega公司,病毒RNA提取試劑盒購(gòu)自天根公司,限制性內(nèi)切酶XhoⅠ與BamH Ⅰ購(gòu)自NEB生物技術(shù)公司,重組克隆試劑盒購(gòu)自Vazyme公司,HRP標(biāo)記的山羊抗鼠IgG購(gòu)自Sigma公司,紅外標(biāo)記的山羊抗鼠IgG購(gòu)自LI-COR公司。
1.2.1 引物設(shè)計(jì)
根據(jù)NCBI中Genbank數(shù)據(jù)庫(kù)中已發(fā)表的GoAstV全基因序列,應(yīng)用Primer Permier軟件設(shè)計(jì)GoAstVORF2基因特異性引物。上游引物序列:5′-GCCATGGCTGATATCGGATCCATGGCAGACAGGGCGGTG-3′(下劃線處為BamH Ⅰ酶切位點(diǎn)),下游引物序列:5′-GTGGTGGTGGTGGTGCTCGAGTCACTCATGTCCGCCCTTCT-3′(下劃線處為XhoⅠ酶切位點(diǎn)),預(yù)期擴(kuò)增長(zhǎng)度2 115 bp。引物由吉林省庫(kù)美生物科技有限公司合成。
1.2.2ORF2基因的擴(kuò)增
使用病毒基因組RNA提取試劑盒提取GoAstV HLJ01毒株第3代病毒RNA,經(jīng)反轉(zhuǎn)錄后使用PCR技術(shù)進(jìn)行ORF2基因擴(kuò)增。PCR反應(yīng)程序:95 ℃預(yù)變性5 min;94 ℃變性1 min,72 ℃退火40 s,72 ℃延伸2.5 min,35個(gè)循環(huán);72 ℃延伸10 min,4 ℃保存。經(jīng)0.5%瓊脂糖凝膠電泳分離后,用膠回收純化試劑盒回收目的片段。
1.2.3ORF2基因遺傳進(jìn)化分析
根據(jù)NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取的鵝星狀病毒氨基酸序列和本研究中ORF2基因核苷酸序列,利用DNAstar Megalign序列比對(duì)程序進(jìn)行基因序列和氨基酸序列分析,使用MEGA 7.0軟件進(jìn)行同源性分析,構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù),參考毒株信息見(jiàn)表1。
1.2.4 重組質(zhì)粒pET32a-ORF2的構(gòu)建
將pET32a進(jìn)行BamH Ⅰ、XhoⅠ雙酶切,酶切體系為:BamH Ⅰ 1 μL,XhoⅠ 1 μL,pET-32a 10 μL,ddH2O 33 μL,Buffer 5 μL,37 ℃處理5 h,膠回收載體目的片段。同源重組連接體系:pET-32a8.4 μL,cDNA 5.6 μL,5×CE Ⅱ Buffer 4 μL,Exnase Ⅱ 2μL,ddH2O 2 μL,轉(zhuǎn)化DH5α感受態(tài),搖菌,將陽(yáng)性質(zhì)粒送往公司測(cè)序,并通過(guò)質(zhì)粒提取試劑盒獲得陽(yáng)性質(zhì)粒。將鑒定正確的陽(yáng)性質(zhì)粒轉(zhuǎn)化BL21(DE3)感受態(tài)細(xì)胞,獲得pET32a-ORF2/BL21(DE3)陽(yáng)性重組菌。
1.2.5 ORF2蛋白的誘導(dǎo)表達(dá)及鑒定
挑取含有pET32a-ORF2重組質(zhì)粒的BL21(DE3)單菌落,接種于含氨芐西林(100 μg·mL-1)的LB液體培養(yǎng)基中,37 ℃振蕩培養(yǎng),待菌液D600達(dá)0.6時(shí)加入1.0 mmol·L-1的IPTG誘導(dǎo)表達(dá)4 h,誘導(dǎo)后菌液經(jīng)超聲波破碎后,4 ℃、5 000 r·min-1離心10 min,上清和沉淀同時(shí)進(jìn)行SDS-PAGE分析。重組表達(dá)蛋白經(jīng)鎳親和層析柱純化并鑒定后,置于-80 ℃保存。采用Western blot分析純化后的蛋白及沉淀,一抗為1∶800稀釋的GoAstV HLJ01株全病毒免疫小鼠陽(yáng)性血清,二抗為1∶10 000稀釋的紅外標(biāo)記的山羊抗鼠IgG。
表1 星狀病毒分離株信息
Table 1 Information of the AstVs reference strains
GenBank No.毒株 Strains宿主 Host時(shí)間 Year地區(qū) AreaMN175321AstV/Goose/2018/HLJ01鵝 Goose2018黑龍江 HeilongjiangMH807626AstV/Goose/CXZ/18鵝 Goose2018山東 ShandongMG882765AHCZ4鵝 Goose2018安徽 AnhuiMG882764AHCZ2鵝 Goose2018安徽 AnhuiMH052598AstVSDPYGoose/1116/17鵝 Goose2018山東 ShandongMG882766JSCZ4鵝 Goose2018江蘇 JiangsuMF772821AAstV/Goose/CHN/2017/SD01鵝 Goose2017山東 ShandongMG934571GD鵝 Goose2018廣東 GuangdongKY807085HN1G鵝 Goose2017河南 HenanMH410610AHDY鵝 Goose2018安徽 AnhuiMK125058JSHA鵝 Goose2018江蘇 JiangsuNC034567FLX鵝 Goose2016湖南 HunanMH425243Tianjin/2018豬 Porcine2018中國(guó) ChinaJX439643WF1201鴨 Duck2012中國(guó) ChinaMH712856D51鴨 Duck2012中國(guó) ChinaFJ434664C-NGB鴨 Duck2008中國(guó) ChinaFJ919228DA93鴨 Duck2016中國(guó) ChinaFJ919226DA07鴨 Duck2009中國(guó) ChinaFJ919225DA06鴨 Duck2016中國(guó) ChinaMK618656CA-RGDS-1016人 Human2018美國(guó) the United StatesMG930777DIAPD5469-10豬 Porcine2015意大利 ItalyKY320412Avastrovirus 3火雞 Turkey2014瑞典 SwedenKJ621027VRDC/CAstV/SZ/VHINP-1雞 Chicken2012印度 IndiaKJ621033VRDC/CAstV/NZ/VHINP-7雞 Chicken2011印度 IndiaEU143850TAstV/TX/00火雞 Turkey2008美國(guó) the United StatesEU143846TAstV/MI/01火雞 Turkey2008美國(guó) the United StatesEU143844TAstV/CA/00火雞 Turkey2008美國(guó) the United States
1.2.6 大腸埃希菌ORF2蛋白多克隆抗體制備
將純化重組蛋白與弗氏完全佐劑按1∶1乳化(抗原含量為50 μg),SPF級(jí)BALB/c雌鼠腹腔注射,14 d后使用弗氏不完全佐劑與純化蛋白按1∶1乳化,用同樣的方式進(jìn)行免疫,21 d后使用弗氏不完全佐劑與純化后蛋白按1∶1乳化,用同樣的方式進(jìn)行第3次免疫。28 d后采血,置于4 ℃冰箱靜置過(guò)夜后收集血清。陰性對(duì)照為采用相同方式注射等量的無(wú)菌PBS。
1.2.7 多克隆抗體效價(jià)檢測(cè)及免疫原性鑒定
采用ELISA法,以純化的重組ORF2蛋白作為包被抗原,一抗為ORF2蛋白免疫小鼠血清,二抗為HRP標(biāo)記的山羊抗鼠IgG,一抗的稀釋梯度分別為1∶400、1∶800、1∶1 600、1∶3 200、1∶6 400、1∶12 800,1∶25 600、1∶51 200,TMB顯色后,檢測(cè)D450。確定抗體效價(jià)后,純化后的ORF2蛋白經(jīng)SDS-PAGE電泳后,轉(zhuǎn)印到NC膜上,以1∶500稀釋的ORF2蛋白免疫小鼠陽(yáng)性血清為一抗,1∶10 000稀釋的紅外標(biāo)記的山羊抗鼠IgG為二抗,采用Western blot檢測(cè)免疫鼠血清的特異性。
如圖1所示,ORF2基因擴(kuò)增產(chǎn)物大小為2 115 bp,與已知目的基因大小相同。
M,DL2 000 DNA marker;1,ORF2基因PCR產(chǎn)物;2,陰性對(duì)照。M, DL2 000 DNA marker; 1, ORF2 gene PCR product; 2, Negative control.圖1 ORF2基因擴(kuò)增產(chǎn)物Fig.1 PCR product of ORF2 gene
分離得到的GoAstV HLJ01株與GenBank中35株星狀病毒ORF2基因核苷酸序列的相似性為29.4%~99.2%。同種屬的11株鵝源星狀病毒中,GoAstV HLJ01與AstV/Goose/CXZ/18毒株ORF2基因核苷酸序列相似性最高,為99.3%;GoAstV HLJ01與FLX以及AHDY毒株間ORF2基因核苷酸序列相似性最低,分別為37.8%和38.5%。如圖2所示,HLJ01株與其他11株鵝源星狀病毒的氨基酸序列相似性介于6.8%~99.2%。其中,HLJ01與AstVSDPYGoose/1116/17氨基酸序列的相似性最高,為99.2%;而與FLX氨基酸序列的相似性最低,為6.8%。
123456789101112198.999.099.099.299.098.298.797.67.898.76.8121.099.299.299.399.498.799.397.97.899.36.8230.90.799.999.799.698.499.097.97.899.06.8340.90.70.099.799.698.499.097.97.899.06.8450.70.60.10.199.798.699.298.07.899.26.8560.90.40.30.30.198.799.397.97.899.36.8671.71.11.41.41.31.199.098.27.899.06.8781.10.60.90.90.70.60.997.97.899.66.8892.32.02.02.01.92.01.72.07.897.96.8910845.0845.0845.0845.0845.0845.0845.0845.0845.07.875.410111.10.60.90.90.70.60.90.32.0845.06.811121000.01000.01000.01000.01000.01000.01000.01000.01000.029.21000.012123456789101112
右上數(shù)據(jù)為同源性,%;左下數(shù)據(jù)為差異性,%。1,AstV/Goose/2018/HLJ01;2,AstV/Goose/CXZ/18;3,AHCZ4;4,AHCZ2;5,AstVSDPYGoose/1116/17;6,JSCZ4;7,AAstV/Goose/CHN/2017/SD01;8,GD;9,HN1G;10,AHDY;11,JSHA;12,F(xiàn)LX。
The upper right data is homology, %; the data at the bottom left is the difference, %. 1, AstV/Goose/2018/HLJ01; 2, AstV/Goose/CXZ/18; 3, AHCZ4; 4, AHCZ2; 5, AstVSDPYGoose/1116/17; 6, JSCZ4; 7, AAstV/Goose/CHN/2017/SD01; 8, GD; 9, HN1G; 10, AHDY; 11, JSHA; 12, FLX.
圖2ORF2基因氨基酸序列相似性分析
Fig.2 Similarity analysis of amino acid sequence ofORF2 gene
以O(shè)RF2基因開(kāi)放閱讀框內(nèi)的核苷酸序列和氨基酸序列構(gòu)建遺傳進(jìn)化樹(shù)(圖3、圖4),以豬源星狀病毒4型毒株Tianjin/2018作為外群,所獲得的12株鵝源星狀病毒毒株形成了2個(gè)單獨(dú)的支系,HLJ01與其中9株毒株(AstV/Goose/CXZ/18、AHCZ4、AHCZ2、AstVSDPYGoose/1116/17、JSCZ4、AAstV/Goose/CHN/2017/SD01、GD、HN1G、JSHA)處于同一分支,F(xiàn)LX與AHDY處于另一分支,2個(gè)分支差異巨大。
HLJ01株ORF2基因氨基酸序列與位于同一分支的9株鵝源星狀病毒毒株ORF2基因推導(dǎo)的氨基酸序列進(jìn)行比對(duì)(表2),HLJ01株的ORF2基因氨基酸序列與同源性最接近的AstVSDPYGoose/1116/17相比,兩者在229(P,Q)、456(D,E)、540(Q,L)、594(S,G)、627(H,Q)、695(A,T)位的氨基酸不同,其他位點(diǎn)無(wú)變化。HLJ01株與處于不同分支的FLX和AHDY的氨基酸位點(diǎn)具有巨大差異(未列出)。
圖3 HLJ01株ORF2基因核苷酸與參考序列構(gòu)建的遺傳進(jìn)化樹(shù)Fig.3 Phylogenetic relationship of ORF2 gene nucleotide sequence of HLJ01 with difference sequences
將pET32a-ORF2經(jīng)內(nèi)切酶BamH Ⅰ和XhoⅠ單酶切或雙酶切后瓊脂糖凝膠電泳,得到符合預(yù)期的條帶(圖5),測(cè)序表明重組質(zhì)粒成功構(gòu)建,堿基并未發(fā)生突變或缺失。
通過(guò)SDS-PAGE分析可知,pET32a-ORF2/BL21重組菌經(jīng)IPTG誘導(dǎo)4 h后,可見(jiàn)分子質(zhì)量約為106 ku的特異性蛋白條帶(圖6),與DNAStar軟件預(yù)測(cè)的理論值相符。目的蛋白主要在菌體沉淀中出現(xiàn),說(shuō)明目的蛋白以包涵體形式表達(dá)。
利用Western Blot對(duì)蛋白進(jìn)行進(jìn)一步分析,結(jié)果顯示,在硝酸纖維素膜上106 ku左右有一明顯條帶(圖7),表明重組表達(dá)的ORF2蛋白具有良好的抗原性。
圖4 HLJ01株ORF2基因氨基酸與參考序列構(gòu)建的遺傳進(jìn)化樹(shù)Fig.4 Phylogenetic relationship of ORF2 gene amino acid sequence of HLJ01 with difference sequences
將純化的重組ORF2蛋白免疫組和PBS對(duì)照組血清進(jìn)行1∶400稀釋,2倍倍比稀釋后進(jìn)行間接ELISA檢測(cè),以P/N≥2.1作為陽(yáng)性判定標(biāo)準(zhǔn),結(jié)果顯示其抗體效價(jià)達(dá)到1∶25 600(圖8)。通過(guò)免疫印跡反應(yīng),ORF2蛋白多克隆抗體與ORF2蛋白產(chǎn)生清晰的條帶(圖9),表明獲得的ORF2蛋白多克隆抗體具有良好的免疫原性。
星狀病毒ORF2基因編碼結(jié)構(gòu)蛋白,是星狀病毒基因分型的主要依據(jù)[11],該結(jié)構(gòu)蛋白刺激宿主后可產(chǎn)生保護(hù)性免疫反應(yīng)[12-13],可能對(duì)病毒的致病性起一定的作用[14],其產(chǎn)物衣殼蛋白位于病毒粒子的外表面,能夠形成纖突結(jié)構(gòu),參與細(xì)胞表面相關(guān)受體的識(shí)別及機(jī)體的免疫應(yīng)答[15-16]。
表2ORF2基因片段氨基酸變異情況
Table 2 Variant amino acides ofORF2 gene
突變位置Mutations position突變氨基酸 Mutated amino acidsHLJ01CXZAHCZ4AHCZ2SDPYJSCZ4GDSD01HN1GJSHA136RRRRRRRRR→KR224TT→ATTT→AT→AT→AT→ATT→A225RRRRRRRR→QR→QR229Q→PQQQQQQQQQ268SSSSSSSSS→AS303VV→AVVVVVVVV324EEEEEEEEEE→D355GGG→AG→AGGGGGG379PPPPPPPP→TP→TP424MMMMMMMM→IM→IM456E→DEEEEEEEEE525TTTTTTTTT→KT540L→QLLLLLLLLL586SS→GSSSSS→NS→NSS→N587NNNNNNNN→DNN590EEEEEEEE→GEE594SSS→GS→NS→GS→NSS→NSS→N610EEEEEEEEEE→G621YYYYYYYYY→FY627Q→HQQQQQQQQQ628TTTTTTT→ITTT634EEEEEEEEE→DE695AAA→TA→TA→TA→TAAAA
M,DNA marker;1,pET32a-ORF2重組質(zhì)粒雙酶切產(chǎn)物;2,pET32a-ORF2重組質(zhì)粒BamH I單酶切產(chǎn)物;3,pET32a-ORF2重組質(zhì)粒Xho I單酶切產(chǎn)物;4,pET32a-ORF2重組質(zhì)粒。M, DNA marker; 1, pET32a-ORF2 recombinant plasmid digested by double enzyme; 2, pET32a-ORF2 recombinant plasmid digested by BamH I; 3, pET32a-ORF2 recombinant plasmid digested by Xho I; 4, pET32a-ORF2 recombinant plasmid.圖5 重組質(zhì)粒pET32a-ORF2酶切鑒定Fig.5 Identification of recombinant plasmid pET32a-ORF2 by enzyme digestion
星狀病毒衣殼蛋白不但是病毒刺激感染機(jī)體產(chǎn)生保護(hù)性免疫反應(yīng)的主要因素,同樣也是病毒宿主嗜性的主要決定因素[17]。本研究以近期分離獲得的AstV/Goose/2018/HLJ01對(duì)ORF2基因進(jìn)行克隆與測(cè)序,并對(duì)其推導(dǎo)的氨基酸序列進(jìn)行對(duì)比分析,分析毒株之間的遺傳關(guān)系。研究結(jié)果表明, GoAstV HLJ01與目前已發(fā)表的大部分鵝星狀病毒具有高度同源性,其中與來(lái)自山東的AstV/Goose/CXZ/18株的同源性為99.3%,但與來(lái)自安徽的AHDY株和湖南的FLX株同源性差異巨大。不同地區(qū)的毒株處于同一分支,說(shuō)明不同的鵝源星狀病毒并沒(méi)有明顯的地域差異,這也可能表明我國(guó)東北部地區(qū)發(fā)生的鵝群痛風(fēng)病來(lái)源于我國(guó)東部的鵝群。通過(guò)對(duì)氨基酸序列的比較,HLJ01在第229、456、540、627位點(diǎn)出現(xiàn)了Q→P、E→D、L→Q及Q→H的突變,顯示出GoAstV具有高度的遺傳多樣性,但這些變化對(duì)GoAstV的影響尚不得知,有待進(jìn)一步研究。同時(shí),這些差異為GoAstV的基因功能及遺傳特征提供理論依據(jù)。對(duì)ORF2基因進(jìn)行原核表達(dá),構(gòu)建pET32a-ORF2重組質(zhì)粒,經(jīng)誘導(dǎo)表達(dá)可見(jiàn)大小約為106 ku的蛋白,主要以包涵體的形式存在。Western blot結(jié)果表明,該蛋白能夠與鼠源抗GoAstV血清發(fā)生特應(yīng)性免疫反應(yīng),表明ORF2蛋白具良好的特異性和抗原性,證明ORF2蛋白可作為檢測(cè)抗原的靶標(biāo)。目前國(guó)內(nèi)外尚未有商品化的鵝源星狀病毒血清學(xué)試劑盒或者疫苗,星狀病毒在鵝群中的暴發(fā)迫切需要建立針對(duì)鵝源星狀病毒毒株的血清學(xué)檢測(cè)方法以進(jìn)行鵝源星狀病毒的血清學(xué)流行病學(xué)檢測(cè)。
M,蛋白質(zhì)分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn);1,未誘導(dǎo)的pET32a-ORF2全菌體;2,誘導(dǎo)后的pET32a-ORF2全菌體;3,誘導(dǎo)后的pET32a-ORF2菌體裂解上清液;4,誘導(dǎo)后的pET32a-ORF2菌體裂解沉淀;5,純化的重組ORF2蛋白。M, Protein marker;1, Total protein of pET32a-ORF2 without induction;2, Total protein of pET32a-ORF2 with induction;3, Supernatant of pET32a-ORF2 after induction;4, Precipitate of pET32a-ORF2 after induction;5, Purified ORF2 protein.圖6 pET32a-ORF2蛋白產(chǎn)物SDS-PAGE電泳Fig.6 SDS-PAGE electrophoresis analysis of the pET32a-ORF2 protein product
M,蛋白質(zhì)分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn);1,誘導(dǎo)后的pET32a-ORF2菌體裂解沉淀;2,純化的重組ORF2蛋白。M, Protein molecular weight marker;1, Precipitate of pET32a-ORF2 after induction;2, Purified ORF2 protein.圖7 Western-blot鑒定ORF2蛋白的體外表達(dá)Fig.7 Western-blot identification of ORF2 protein in vitro expression
圖8 ORF2多克隆抗體效價(jià)測(cè)定Fig.8 Titer determination of polyclonal antibody against ORF2
M,蛋白質(zhì)分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn);1,純化的重組ORF2蛋白。M, Protein molecular weight marker;1, Purified ORF2 protein.圖9 ORF2多克隆抗體免疫原性測(cè)定Fig.9 Immunogenicity of polyclonal antibody against ORF2
綜上所述,本研究首次對(duì)黑龍江地區(qū)的GoAstV ORF2蛋白進(jìn)行序列分析,為GoAstV的流行病學(xué)研究提供了一定的基礎(chǔ);同時(shí),制備了GoAstV ORF2重組蛋白和多克隆抗體,為GoAstV疫苗的研究提供了方向。