流感病毒SYBR GreenⅠ定量RT-PCR检测方法的建立及应用
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第32卷第10期 2010年l0月 中国预防兽医学报 Vo1.32.No.10 0ct. 20lO Chinese Journal of Preventive Veterinary Medicine doi:10.3969 ̄.issn.1008-0589.2010.10.06 猪流感病毒SYBR Green l定量RT—PCR 检测方法的建立及应用 张鹏超 ,-,师小潇1,3,哈 卓1,3,刘永杰 ,刘惠莉 ,, (1.上海市农业科学院畜牧兽医研究所,上海201 106;2.南京农业大学动物医学院,江苏南京210095; 3.上海市农业遗传育种重点实验室一J二海201 106) 摘 要:为研究猪流感病毒(SIV)感染后SIV在体内的分布规律,本研究设计针对SIV NP基因保守区引物, 建立了SIV SYBR Green I荧光定量PCR方法。该方法对SIV核酸检测灵敏度为30 TCID ,对健康猪肺组织 eDNA、猪瘟病毒(CSFV)、猪蓝耳病病毒(PRRSV) ̄酸呈阴性反应。采用建立的荧光定量RT.PCR方法对人工感 染A/swine/Shanghai/1/2007/H1N2(Sw/SH/1/2007)猪进行检测,结果显示:病毒在猪鼻腔粘膜持续存在至感染后第 8 d;肛门拭子在感染后2 d~8 d可持续检测到病毒核酸;喉头、气管在感染后第3 d可检到病毒核酸,并持续至 第10 d;肺部淋巴结、脾脏在感染后5 d--7 d检测到病毒核酸阳性;其它脏器均未检测到病毒核酸,从而确定呼 吸道系统及脾脏是SIV定殖的主要场所,SIV感染猪后向外排毒周期约为1周。 关键词:猪流感病毒;SYBR Green I荧光定量PCR方法:组织分布 中图分类号:¥852.65 文献标识码:A 文章编号:1008—0589(2010)10—0768 05 Establishment of SYBR Green I reaI time RT—PCR for detecting swine influenza virus ZHANG Peng—chao ,SHI Xiao—xiao ,HA Zhuo ,LIU Yong ̄ie ,L1U Hui—li ’ (1.Institute of Animal Science and Veterinary Medicine,Shanghai Academy of Agricultural Sciences,Shanghai Municipal Key Laboratory of Agricultural Genetics and Breeding,Shanghai 201 106,China;2 College of Veterinary Medicine,Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095,China;3.Shanghai Muncicpal Key Laboratory of Agricultural Genetics and Breeding,Shanghai 201 106,China) Abstract:The distribution of swine influenza virus(SIV)in pigs was investigated after artificially infected 40一day-old pigs with A/Sw/SH/1/2007 SIV strain.The infected pigs showed clinical symptom of cough and sneezing,and recovered within two weeks.The nasal swabs,anal swabs and tissue samples were taken at selected time points post inoculation(DPI)and detected for S1V by fluorescent quantitative PCR.Nucleic acid of the virus could be detected in nasal swabs immediately after inoculation and persistent for 8 days;The virus was detected positive in respiratory mucus from 3 DPI to 1 0 DPI,in the anal swabs from 2 DPI to 8 DPI,and in the lung lymph notes and spleen was 5 DPI to 7 DPI.It was concluded that the A/Sw/SH/1/2007 vires was mainly distributed in respiratory system and spleen,and the respiratory mucous is the main port of swine influenza virus colonization. Key WOrds:swine influenza vius;realr—time fluorescent quantitative PCR;virus distribution 猪流感(Swine influenza,si)是由sI病毒(SIV)I 龄、品系的猪均可感染发病,对于免疫系统不完善 的仔猪致死率较高。另外,SIV还可引起母猪繁殖 起猪的一种急性、高度接触性呼吸道疾病。各年 丰COrresponding author 收稿日期:2009—12—13 基金项目:上海市农委重点攻关项目(沪农科攻字(2004)第12。2号、沪农科攻字(2009)第5-2号) 作者简介:张鹏超(1985-),男,山东莱芜人,硕士研究生,主要从事动物病毒学研究. 通信作者:E—mail:huilil@163.com 第10期 张鹏超,等.猪流感病毒荧光定量PCR检测方法的建立及应用 769 障碍和育肥猪增重减慢等,给养猪业造成较大的危 害。美国是最早报道sI流行的国家,与西班牙 (1918年~1919年)人流感大流行同期存在。对流感 1.3.2反转录用RNAiso plus试剂提取病毒液 RNA用于反转录,20 L体系,反应条件为:50℃ 60 min.70℃15 min。 病毒遗传学分析表明:A型流感病毒在猪体内能够 发生自然重组,产生新毒株或变异株,还可能获得 直接感染人的能力【 ]。所以,对sI的研究有着更重 1.3.3 Real—time PCR方法的建立 采用SYBER Green I方法进行PCR扩增,扩增条件为:95℃5 s; 95℃5 S、60℃10 S、72℃15 S,40个循环;72℃ 要的公共卫生学意义。 我国SIV流行和分布比较复杂,既有传统的 H3N2和HIN1亚型,也有类禽H1N1、重组H1N2 亚型株。本实验室分离到一株A/SW/SH/1/2007 (H1N2)fSw/SH/1/2007)病毒【3J,含有来源于猪、人和 禽的3源基因。为了解该病毒的致病特性及组织嗜 性,本研究建立了检测SIV核酸的荧光定量PCR (Rea1.time PCR)方法,并对Sw/SH/1/2007感染仔猪 后体内病毒分布情况进行研究。 1 材料和方法 1.1 病毒株、质粒和实验动物 SIV(Sw/SH/ 1/2007)由本实验室分离、鉴定并保存 ;猪瘟病毒 (CSFV)和猪蓝耳病病毒(PRRSV)核酸由本研究所有 关课题组提供;A/SW/SH/1/2007病毒NP基因重组 质粒由本实验室构建并保存;SPF鸡种蛋购自山东 吴泰实验动物繁育有限公司,孵化至9日龄~10日 龄,用于病毒增殖;SIV血清抗体阴性的40日龄上 海白猪购自上海某养殖场;RotorGene 3000型 rea1.time PCR仪器为CorbeR Research公司产品。 1.2 主要试剂PrimeScript 1 st Strand cDNA Synthesis Kit、RNAiso plus总RNA提取试剂、rea1.time PCR 试剂SYBER Premix和Ex Taq均购自TaKaRa公司; 反转录引物12 U primer[ 1和PCR扩增引物均由上海 生工生物工程服务有限公司合成。 1.3荧光定量PCR方法的建立 1-3.1 引物设计参考GenBank中登录的H1N2亚 型SIV核蛋白NP基因序列,用Lasergene(V7.11进 行同源性分析,筛选NP基因保守区,应用Primer Express软件设计两对近5’区域的引物:NP。1一F: 5'-GAGAAAGTCGGAACCCAGGAAAC.3’和NP.1.R: 5'-CACAAGCAGGCAGGCAAGAC一3’,扩增片段大小 为1 1 1 bp;NP一2一F:5 v_GccAcATATcAGAGAAcAA GAGC.3’和NP一2一R: 5'-AACTCCTTTCACCGCAGC AC.3’,扩增片段大小为123 bp。 ~95℃绘制熔解曲线。 1.3.4标准曲线绘制及结果判定测定NP重组质 粒的浓度和纯度,梯度稀释后,绘制rea1.time PCR 检测方法标准曲线。荧光强度增加值为阴性对照的 2倍~3倍及循环阈值(Ct值)≤0判定为阳性,反之 判定为阴性。通过熔解曲线进一步判断是否含有非 特异性扩增。 1.3.5特异性和灵敏性检测 分别选择重组质粒、 病毒cDNA、健康猪组织cDNA、CSFV和PRRSV 核酸为模板进行real—time PCR扩增,检测方法的特 异性,同时回收扩增的DNA片段进行测序,验证 扩增特异性。将质粒无限倍比稀释,直至显示无扩 增曲线,判断检测的灵敏度。以倍比稀释病毒核酸 作为模板进行扩增,确定最低检测限量。 1.4细胞半数病变(TCIDso)测定 根据文献[5]方法 测定病毒TCID ,并按照Reed—Munch法计算SIV病 毒的TCID50。 1.5 SlV人工感染猪试验将12头40日龄仔猪随 机分组,试验组9头,对照组3头。1.84 X 10 TCID蜘 剂量的病毒鸡胚尿囊液滴鼻接种实验猪,每头1 mL, 对照组接种相同体积的生理盐水。 感染后每天采集试验组和对照组猪的鼻拭子和 肛门拭子样品,置于1 mL PBS缓冲液中;同时分 别于感染后第3 d、第5 d、第7 d、第10 d、第12 d 和第28 d各迫杀一头猪,采集其脑、肺脏、喉头、 气管、支气管、肺部淋巴结、扁桃体、肝脏、脾脏 和肾脏等组织的样品,于.80℃冻存,用作病毒核 酸检测。 同时采用血凝抑制试验检测感染猪血清抗 Sw/SH/I/2007抗体,以验证试验特异性。 1.6样品中病毒的检测 组织样品经冰浴研磨,提 取RNA。拭子样品经漩涡震荡,取上清提取总 RNA。采用建立的real—time PCR方法检测SIV核 酸。回收DNA片段,测序验证扩增片段特异性。 770 中国预防兽医学报 2010芷 2 结 果 2.1 Real—time PCR检测方法的建立 品检测显示,SIV主要分布于呼吸系统,尤其是肺 脏中,其最高ct值可达7.25。其它内脏如脾脏、淋 巴结和脑组织中含量较少,ct值接近30。12 d后各 组织器官均未检测到SIV(表2)。迫杀猪血清抗体 的检测显示,针对Sw/SH/1/2007病毒的血凝抑制抗 体效价为25以上,表明仔猪为SIV特异性感染。 M l 2 3 4 2.1.1 引物的选择及real—time PCR方法的建立 以 NP重组质粒为模板,分别用2对引物进行扩增,均 有良好的反应性能。由于NP—1 F/NP一1-R引物对更 接近cDNA 5’端保守区,凶此,选择NP 1引物对进 行rea1.time PCR方法的建立。优化rea1.time PCR反 应条件时,当引物浓度为0.4 M和0.5 M时,随 着循环次数的增加,出现一定非特异性扩增。而引 物浓度为0.2 M时,扩增曲线圆滑,循环40次以 上未见非特异性扩增,【大J此,选用0.2 M作为 rea1.time PCR检测最佳引物浓度。 2 000 bp 1 000 bp 750 bp 500 bp i自 ;i l蚺鞲■■ 250 bp l l100 bp _■_ l2.1.2特异性试验分别选择重组质粒、病毒cDNA M:DL2000 DNA分子量标准;1:阴性对照; 2:NP阳性重组质粒;3:SIV核酸;4:健康猪组织样品RNA M:DL2000 Marker;1:Negative control;2:Recombinant plasmid; 3:SIV;4:Lung tissue of health pig 和健康猪组织cDNA进行real—time PCR扩增,循环 40次,阳性重组质粒和病毒cDNA均呈现特异性扩 增,而对健康猪组织样品扩增为阴性(图l、图2)。 同时,以PRV和PRRSV核酸为模板,扩增结果为 阴性。将目的片段回收,测序证实为SIV NP基因 序列,表明为特异性扩增。 2.1.3灵敏度试验将重组质粒系列倍比稀释,当 重组质粒浓度在3.62 X 10。。ixg/mL ̄3.62 X 10 p.g/mL 时,扩增呈现良好的线性关系,重组质粒浓度高于 3.62 X 10。。p ̄g/mL,在30个循环内可见扩增曲线但 模板浓度与ct值无显著的线性关系;Ct值≤30, 重组质粒检测最低限量为3.62 X 0”Ixg/mL(图3)。 2.1.4标准曲线的绘制将阳性重组质粒倍比稀释 mL,每浓度设3 Cycle Number 至3.62×10~p,g/mL ̄3。62 X l0 l:SIV核酸;2:NP重组质粒;3:阴性对照; 4:健康猪组织cDNA l:SIV nuclear acid;2:Recombinant NP plasmid;3:Negative contro 4:cDNA of health pig 个重复,进行标准曲线的绘制(图4)。Conc( ̄g/mL) =10 r-0.296 X Ct+1.15o) 2.2 病毒TCID∞及最低检出限量的测定采用 图2 NP一1引物对real—time PCR扩增结果 Fig.2 Amplifications ofthe genes from SIV by real—time PCR Reed.Munch法汁算病毒的TCID ̄/mL为1.84×10 。 实验猪接种病毒量为1.84×l0 TCID∞,1 mL/头。 根据标准曲线的ct值与检测样品浓度公式, SIV核酸样品l0倍倍比稀释至10。时,检测结果为 阳性,10 以上稀释度检测均为阴性。汁算SIV核 酸检测最低浓度为30 TCID∞(图5)。 2.3人工感染猪的临床症状实验猪接种病毒后第 2 d,仔猪出现轻微流感症状,活动减少;其中两头 较弱小的仔猪出现咳嗽、打喷嚏症状。一周后症状 减轻或基本消失,2周内仔猪恢复正常。 2.4感染猪组织器官SIV分布对实验猪组织样 Fig.3 AmCycle 图3 阳性重组质粒无限稀释后检测结果 pliicatfion of posiitve plasmid template、Ⅳith diferent dilution 第10期 张鹏超,等.猪流感病毒荧光定量PCR检测方法的建立及应用 771 22 2O l8 l6 14 12 lO Concentration 图4以重组质粒为模板绘制扩增标准曲线 iFg.4 Standard gllrve ofplasmid gradient Cycle 图5 S1V核酸检测灵敏度结果 Fig.5 Detection sensitivity of SIV nuclear acid 表2组织样品中病毒核酸的检测 Table 2 Viral RNA detection ofdifferent organs 组织样品 采样时间Days of sample collection Tissues 3 d 5 d 7 d 10 d 12 d 28 d Note:Positive(+);Negitive(一) 2.5粘膜局部SIV核酸检测感染猪鼻试子样品 检测显示,感染后1 d~9 d为SIV阳性,10 d后检 测均为阴性。肛门拭子样品检测显示,感染后2 d ~8 d为阳性,第9 d以后检测为阴性,表明SIV感 染后在口鼻黏膜存在9 d,而感染后第2 d~8 d通 过粪便排毒。 3讨 论 Rea1.time PCR方法特异性强,灵敏度高,是目 前分子检测方法中操作相对简便、准确性高的实用 技术,尤其适合样品含量较低时使用。最近的一项 研究报道,rea1.time PCR最低可检测含1 TCID卯的 犬瘟热病毒样本【61。由于real—time PCR反应和分析 在完全闭管的条件下进行,能够有效防止PCR产物 的污染,提高检测结果的可靠性。本研究建立并优 化了real—time PCR检测方法,为SIV检测提供灵 敏,准确的方法。 近年来,我国SIV分布和流行较为复杂,不仅 有传统的H1N1和H3N2亚型,还出现了类禽H1N1 及含有猪、人、禽源基因的重组H1N2病毒,给 S1V防控造成极大困难[7_8】。2007年本实验室分离得 到一株重组H1N2病毒 sw/sH/1/2007(H1N2)[31, 为了解该病毒在猪体内分布情况,分析其致病性和 生物学特性,本研究将病毒经鼻粘膜途径感染仔 猪,并采用建立的real—time PCR方法对病毒在感染 猪脏器内的分布进行了研究。结果显示,部分感染 猪出现了典型的sI症状,接种病毒后第2 d即有仔 猪出现食欲下降、活动减少等症状,而后弱小仔猪 出现咳嗽、打喷嚏等症状,两周内症状消失,恢复 正常,对照组猪无临床症状。血清抗体检测人工感 染前猪抗A/SW/SH/1/2007(H1N2)血清抗体为阴性, 感染后均产生针对A/s、v/sH/1/2o07(H1N2)的特异性 血凝抑制抗体,表明为特异性感染。病毒滴鼻感染 后第3 d可从气管、喉、肺脏等上呼吸道组织中检 测到病毒核酸,而且病毒含量较高。脾脏在感染后 第5 d检测到病毒,并持续至第7 d,病毒含量低于 肺脏。值得注意的是,在感染后第5 d迫杀的猪脑 内检测到病毒核酸,而其它猪均未在脑组织中检测 到。表明呼吸道系统是A/SW/SH/1/2007定殖的主要 场所,而脾脏、淋巴结则存在少量病毒。 病毒感染后,鼻腔黏膜、肛门试子均可连续检 测到病毒。鼻腔黏膜中病毒检测持续到感染后第 9 d,肛试子样品感染后第8 d仍可检测到病毒核 酸,表明猪体可以通过鼻腔分泌物以及粪便向环境 中排毒,排毒周期在一周以上。表明猪在感染SIV 后的一周内是传染源。 有研究报道人流感病毒接种小鼠后,30 min即 可在小鼠各脏器中检测到病毒,3 h后除脑组织外 其它器官亦可检出I9j。Vincent等应用细胞分离病毒 的方法,检测H3N2亚型SIV感染仔猪情况,结果 显示鼻拭子中病毒的检出时间可至感染后第7 di dO]。 772 中国预防兽医学报 2010钲 许传田等将与Sw/SH/1/2007遗传相近的SIV毒株 A/swine/Guangdong/1/2006感染猪后,用细胞分离病 毒方法检测显示,鼻棉拭子中病毒的可分离时间同 样仅持续一周左右…]。Sw/SH/1/2007感染仔猪后病 毒检出持续时间为9 d,这可能与病毒粒子特性和 检测方法有关。 本研究初步探讨了分离株Sw/SH/1/2007人工感 染仔猪后猪体内病毒分布规律,表明呼吸系统为病 毒主要定殖场所,并可通过呼吸道黏膜、粪便途径 向体外排毒,本研究为深入了解SIV组织嗜性及致 病机理奠定了基础。 参考文献 伍锐,金梅林,陈焕春,等.猪流感病毒研究进展Ⅲ.动物 医学进展,2004,25(1):25—28. 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