施開(kāi)創(chuàng),鄒聯(lián)斌,胡 杰,張步嫻,莫?jiǎng)偬m,官家明,陳漢忠*
(1. 廣西動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心,廣西 南寧 530001;2. 廣西大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,廣西 南寧 530005)
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CSFV及美洲型、歐洲型PRRSV多重qRT-PCR鑒別檢測(cè)方法的建立及應(yīng)用*
施開(kāi)創(chuàng)1,鄒聯(lián)斌1,胡 杰1,張步嫻1,莫?jiǎng)偬m1,官家明2,陳漢忠2*
(1. 廣西動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心,廣西 南寧 530001;2. 廣西大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,廣西 南寧 530005)
根據(jù)豬瘟病毒(CSFV)以及豬繁殖與呼吸綜合征病毒(PRRSV)基因組序列特點(diǎn),設(shè)計(jì) 3 對(duì)特異性引物和 3 條TaqMan 探針,經(jīng)過(guò)反應(yīng)條件的優(yōu)化,建立了能同時(shí)檢測(cè)并區(qū)分CSFV以及美洲型、歐洲型PRRSV的多重TaqMan熒光定量RT-PCR(qRT-PCR)方法。該方法具有特異性強(qiáng)、敏感性高、重復(fù)性好的特點(diǎn),可以特異擴(kuò)增CSFV和PRRSV,而與豬的其它常見(jiàn)病毒無(wú)交叉反應(yīng);對(duì)CSFV及美洲型、歐洲型PRRSV3種重組質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品的檢出下限均為2.68拷貝/μL;組內(nèi)及組間重復(fù)試驗(yàn)的變異系數(shù)均小于1.5 %。應(yīng)用該方法對(duì)253份臨床疑似樣品進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果病原陽(yáng)性106份,其中20 份為CSFV陽(yáng)性,86 份為美洲型PRRSV陽(yáng)性,11 份為CSFV和美洲型PRRSV混合感染,未檢測(cè)到歐洲型PRRSV。試驗(yàn)表明,研究建立的多重qRT-PCR方法可用于CSFV和PRRSV的快速鑒別檢測(cè)及流行病學(xué)調(diào)查。
豬瘟病毒;豬繁殖與呼吸綜合征病毒;多重TaqMan熒光定量RT-PCR
豬繁殖與呼吸綜合征(Porcine reproductive and respiratory syndrome, PRRS)是由PRRS病毒(PRRSV)引起以妊娠母豬流產(chǎn)、早產(chǎn)、產(chǎn)死胎、木乃伊胎等繁殖障礙,以及各種年齡豬特別是仔豬嚴(yán)重呼吸道疾病為特征的一種高度接觸性傳染病。PRRSV可分為兩種基因型,即以L(fǎng)V株為代表的歐洲型和以VR-2332株為代表的美洲型,兩者之間基因組核苷酸序列的同源性約為60 %[1]。我國(guó)于1996年首次分離到美洲型PRRSV(NA-PRRSV)經(jīng)典株[2],于2006年分離到以Nsp2蛋白第481位aa和第533~561位aa出現(xiàn)30個(gè)aa不連續(xù)缺失為遺傳特征的NA-PRRSV高致病性變異株(HP-PRRSV)[3],于2011年報(bào)道致病性歐洲型PRRSV(EU-PRRSV)[4]。豬瘟(Classical swine fever,CSF)是由CSF病毒(CSFV)引起豬以高熱稽留、出血、壞死和高死亡率為主要特征的一種高度接觸性傳染病。我國(guó)長(zhǎng)期堅(jiān)持使用豬瘟兔化弱毒疫苗免疫預(yù)防豬瘟,取得顯著成效,但迄今未能根除豬瘟。CSF和PRRS在我國(guó)時(shí)有發(fā)生,并且存在病原隱性感染和持續(xù)性感染的現(xiàn)象[5-6],同時(shí)CSFV和PRRSV的繼發(fā)感染和混合感染嚴(yán)重[7],給養(yǎng)豬業(yè)造成嚴(yán)重危害。本研究針對(duì)CSFV和PRRSV基因組序列特點(diǎn),設(shè)計(jì)3對(duì)特異性引物和3條TaqMan探針,建立了能同時(shí)檢測(cè)并區(qū)分CSFV及美洲型、歐洲型PRRSV的多重TaqMan熒光定量RT-PCR(qRT-PCR)方法,為CSFV和PRRSV的快速鑒別檢測(cè)提供了有效的技術(shù)手段。
1.1 病毒株
豬瘟病毒(CSFV)疫苗毒C株、PRRSV美洲型經(jīng)典毒株VR-2332株、變異毒株JXA1株及歐洲型疫苗毒DV株、豬偽狂犬病毒(PRV)疫苗毒Bartha-K61株、豬細(xì)小病毒(PPV)疫苗毒N株、豬口蹄疫病毒(FMDV)疫苗毒O/MYA98/BY/2010株、豬圓環(huán)病毒2型(PCV2)疫苗毒LG株由本實(shí)驗(yàn)室保存。
1.2 主要試劑
Premix Ex TaqTM (Perfect Real Time)試劑盒、RNA PCR Kit (AMV) Ver.3.0試劑盒、MiniBEST Viral RNA/DNA Extraction Kit Ver.4.0試劑盒、Agarose Gel DNA Purification Kit Ver.2.0試劑盒、pMD18-T載體、DH5α感受態(tài)細(xì)胞、Hind Ⅲ和EcoRⅠ限制酶、質(zhì)粒提取試劑盒均購(gòu)自寶生物工程(大連)有限公司。
1.3 引物和探針的設(shè)計(jì)與合成
參考GenBank中登錄的CSFV石門(mén)株(AY775178)及PRRSV VR-2332株(U87392)、LV株(M96262)的基因組序列,利用Primer Express 3.0 軟件包設(shè)計(jì)特異性引物和TaqMan 探針(見(jiàn)表1)。引物和探針由寶生物工程(大連)有限公司合成。
表1 引物及探針序列
注:CSFV-5'UTR-F/R引物對(duì)擴(kuò)增CSFV強(qiáng)毒株目的片段長(zhǎng)度為98 bp、弱毒疫苗株目的片段長(zhǎng)度為99 bp。
Notes: The primer CSFV-5'UTR-F/R was used to amplify 98 bp from wild-type and 99 bp from C-strain CSFV.
1.4 核酸抽提及反轉(zhuǎn)錄
取病毒液或待檢臨床樣品,按MiniBEST Viral RNA/DNA Extraction Kit Ver.4.0試劑盒使用說(shuō)明,抽提總DNA/RNA。提取的總RNA,按RNA PCR Kit (AMV) Ver.3.0試劑盒使用說(shuō)明進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄,獲得cDNA。-20 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>
1.5 病毒重組質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品制備
以CSFV C株及PRRSV VR-2332株、DV株的cDNA為模版,分別進(jìn)行PCR擴(kuò)增得到99 bp、105 bp、77 bp目的片段?;厥誔CR產(chǎn)物,連接pMD18-T載體、轉(zhuǎn)化DH5α感受態(tài)細(xì)胞,陽(yáng)性克隆進(jìn)行PCR、酶切、測(cè)序鑒定。構(gòu)建的重組質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品分別命名為 p-C-5'UTR、p-N-ORF7和p-E-ORF7。用紫外分光光度計(jì)測(cè)定質(zhì)粒的光吸收值(OD260 nm),計(jì)算出摩爾濃度,根據(jù)公式換算成拷貝數(shù):每μL樣品中檢測(cè)基因的拷貝數(shù)=濃度(ng/μL)×阿佛加德羅常數(shù)×10-9/(660×重組質(zhì)粒堿基數(shù))。-20 ℃保存,用前稀釋。
1.6 多重qRT-PCR反應(yīng)條件的優(yōu)化
建立25 μLPCR反應(yīng)體系,分別對(duì)退火溫度(52℃~62℃)以及模板(將初始濃度為1.59×1010拷貝/μL的p-C-5'UTR、1.89×1010拷貝/μL的p-N-ORF7、3.11×1010拷貝/μL的p-E-ORF7三種重組質(zhì)粒按不同比例混合形成不同的濃度組合)、引物(將3對(duì)引物稀釋成終濃度分別為0.3、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 pmol/μL,進(jìn)行不同濃度的組合)、探針(將3條探針稀釋成終濃度分別為0.20、0.40、0.55、0.70、0.85、1.00、1.20 pmol/μL,進(jìn)行不同濃度的組合)、參比染料(分別加入0.2、0.3、0.4、0.5 μL的50× Rox參比染料)的濃度進(jìn)行優(yōu)化,獲得多重qRT-PCR的最佳反應(yīng)條件。
1.7 多重qRT-PCR標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的制作
分別將三種質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品10倍系列稀釋?zhuān)瑢⑼粷舛忍荻劝磧?yōu)化好的比例混合,使25 μL反應(yīng)體系中p-C-5'UTR、p-N-ORF7、p-E-ORF7三種質(zhì)粒的終濃度均為2.68×108~2.68×102拷貝/μL。根據(jù)優(yōu)化的反應(yīng)條件,在ABI Step one plus型PCR儀上擴(kuò)增,反應(yīng)結(jié)束后計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。
1.8 特異性試驗(yàn)
以 CSFV C 株、PRRSV VR-2332株、JXA1株、DV株以及FMDV、PRV、PPV、PCV2的cDNA或DNA為模板,進(jìn)行多重qRT-PCR,鑒定其特異性。
1.9 敏感性試驗(yàn)
將3種質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品按比例混合,使25 μL反應(yīng)體系中每種質(zhì)粒的終濃度均為2.68×106~2.68×100拷貝/μL,進(jìn)行多重qRT-PCR,確定其檢出下限。
1.10 重復(fù)性試驗(yàn)
將3種質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品p-C-5'UTR、p-N-ORF7和p-E-ORF7按比例混合后,取3個(gè)濃度梯度(均為2.68×108、2.68×106、2.68×104挎貝/μL),進(jìn)行組內(nèi)及組間重復(fù)性試驗(yàn),鑒定其穩(wěn)定性。
1.11 多重qRT-PCR的應(yīng)用
應(yīng)用建立的多重qRT-PCR,對(duì)2011~2013年廣西各地送檢的疑似臨床樣品進(jìn)行檢測(cè),以評(píng)價(jià)本方法的實(shí)用性。同時(shí)應(yīng)用本實(shí)驗(yàn)室建立的檢測(cè)CSFV及美洲型、歐洲型PRRSV的多重 RT-PCR方法[8]對(duì)上述樣品進(jìn)行檢測(cè),分析兩種方法檢測(cè)結(jié)果的符合率。
2.1 重組質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品的制備
以CSFV C株、PRRSV美洲型VR-2332株、歐洲型DV株的cDNA為模版進(jìn)行PCR,得到與預(yù)期目的片段大小一致的擴(kuò)增產(chǎn)物。PCR產(chǎn)物經(jīng)純化、連接、轉(zhuǎn)化,陽(yáng)性克隆經(jīng)鑒定,成功構(gòu)建了重組質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品,分別命名為 p-C-5'UTR、p-N-ORF7、p-E-ORF7(見(jiàn)圖1)。
2.2 多重qRT-PCR最佳反應(yīng)條件的確定
經(jīng)過(guò)對(duì)退火溫度及模板、引物、探針、ROX參比染料的濃度進(jìn)行優(yōu)化后,確定多重qRT-PCR 25 μL反應(yīng)體系為:Premix Ex TaqTM 12.5 μL,CSFV-5'UTR-F(25 pmol/μL)、CSFV-5'UTR-R(25 pmol/μL)各0.3 μL、CSFV-5'UTR-PRRSV-P(25 pmol/μL)0.1 μL,NA-PRRSV-F(25 pmol/μL)、NA-PRRSV-R(25 pmol/μL)各0.35 μL、NA-PRRSV-P(25 pmol/μL)0.1 μL,EU-PRRSV-F(25 pmol/μL)、EU-PRRSV-R(25 pmol/μL)各1.2 μL、 EU-PRRSV-P(25 pmol/μL)1.2 μL,ROX 參比染料 0.5μL,模板(p-C-5'UTR、p-N-ORF7和 p-E-ORF7 按1:1:1比例混合)2 μL,用滅菌雙蒸水補(bǔ)至 25 μL。最佳反應(yīng)條件:95℃ 20 s;95℃ 1 s,56℃ 20 s,40個(gè)循環(huán)。
圖1 重組質(zhì)粒 p-C-5'UTR (A)、p-N-ORF7 (B) 和 p-E-ORF7(C) 的鑒定
2.3 多重qRT-PCR標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制
按優(yōu)化好的比例混合質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品,10倍系列稀釋成不同濃度(在25 μL反應(yīng)體系中p-C-5'UTR、p-N-ORF7和p-E-ORF7均為2.68×108~2.68×102拷貝/μL),按照優(yōu)化的反應(yīng)條件進(jìn)行多重qRT-PCR,得到擴(kuò)增曲線(xiàn)(見(jiàn)圖2)和標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)(見(jiàn)圖3),標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的相關(guān)系數(shù) r2均達(dá)到1.000,表明起始模板濃度與 Ct 值呈現(xiàn)良好的線(xiàn)性關(guān)系。
圖2 多重qRT-PCR的擴(kuò)增曲線(xiàn) 圖3 多重qRT-PCR的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)
Fig.2 Dynamic curves of the multiplex quantitative TaqMan Fig.3 Standard curves of the multiplex qRT-PCR real-time RT-PCR (qRT-PCR)
2.4 特異性分析
在多重qRT-PCR 體系中,當(dāng)只加入CSFV及美洲型、歐洲型PRRSV中某種病毒的cDNA作為模板時(shí)則僅能得到相應(yīng)病毒的特異性擴(kuò)增曲線(xiàn),當(dāng)以CSFV及美洲型、歐洲型PRRSV混合cDNA為模板時(shí)則能得到三種病毒的擴(kuò)增曲線(xiàn),而與其他豬源病毒(FMDV、PRV、PPV、PCV2)均無(wú)交叉反應(yīng)(見(jiàn)圖4),表明具有很強(qiáng)的特異性。
2.5 敏感性分析
以三種質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品混合物為模板,進(jìn)行多重qRT-PCR時(shí),p-C-5'UTR、p-N-ORF7和p-E-ORF7的檢出下限均為2.68 拷貝/μL(見(jiàn)圖5)。
圖4 多重qRT-PCR特異性試驗(yàn)的擴(kuò)增曲線(xiàn)
1. p-C-5'UTR; 2. p-N-ORF7; 3. p-E-ORF7; 4.CSFV; 5.VR-2332; 6. DV; 7.distilled water; 8.FMDV; 9.PRV; 10.PPV; 11. PCV2
圖5 多重qRT-PCR敏感性試驗(yàn)的擴(kuò)增曲線(xiàn)
圖中,僅標(biāo)示p-C-5'UTR 質(zhì)粒不同濃度的擴(kuò)增曲線(xiàn)
Notes:Only the dynamic curves of plasmid p-C-5'UTR were marked with their corresponding concentration1: 2.68×106copies/μL; 2: 2.68×105copies/μL; 3: 2.68×104copies/μL; 4: 2.68×103copies/μL; 5: 2.68×102copies/μL; 6: 2.68×101copies/μL; 7: 2.68×100copies/μL
2.6 重復(fù)性分析
對(duì)三種質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品混合物的3個(gè)濃度梯度進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn),結(jié)果,不同濃度的Ct 值其組內(nèi)及組間變異系數(shù)均小于1.5 %(見(jiàn)表2),表明該方法具有良好的重復(fù)性。
2.7 多重qRT-PCR的應(yīng)用
利用建立的多重qRT-PCR對(duì)253份臨床樣品進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果病原陽(yáng)性106份,其中NA-PRRSV陽(yáng)性86份,檢出率為33.99%;CSFV陽(yáng)性20份,檢出率為7.91%;CSFV和NA-PRRSV混合感染11份,占4.35%;未檢測(cè)EU-PRRSV。部分樣品的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖6。同時(shí),應(yīng)用普通多重RT-PCR方法對(duì)上述臨床樣品進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果病原陽(yáng)性86份,其中NA-PRRSV陽(yáng)性71份,檢出率為 28.06%;CSFV陽(yáng)性15份,檢出率為5.93%;CSFV和NA-PRRSV混合感染8份,占3.16%;未檢測(cè)到EU-PRRSV。多重qRT-PCR與普通多重RT-PCR檢測(cè)結(jié)果的符合率為92.09%,前者比后者的檢出率高。
表2 多重 qRT-PCR的重復(fù)性分析
圖6 多重qRT-PCR對(duì)部分臨床樣品的檢測(cè)結(jié)果
注:6份臨床樣品中,4、5、6、7號(hào)樣品為NA-PRRSV陽(yáng)性,4和7號(hào)樣品為CSFV陽(yáng)性。1 p-C-5'UTR; 2 p-N-ORF7; 3 p-E-ORF7; 4-9 臨床樣品; 10 distilled water
Notes: Of the 6 clinical samples, No. 4, 5, 6 and 7 were positive for NA-PRRSV, while No. 4 and 7 were positive for CSFV。1 p-C-5'UTR; 2 p-N-ORF7; 3 p-E-ORF7; 4-9 Clinical samples; 10 distilled water
當(dāng)前,NA-PRRSV經(jīng)典毒株、變異毒株以及EU-PRRSV在我國(guó)均有流行,HP-PRRSV成為優(yōu)勢(shì)毒株[9],PRRSV流行毒株在臨床上日益復(fù)雜。CSFV的致病與流行呈現(xiàn)非典型化,主要表現(xiàn)為隱性帶毒和慢性感染,但典型豬瘟仍時(shí)有發(fā)生[10]。PRRSV和CSFV 已成為嚴(yán)重危害我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)的兩種病原,并且繼發(fā)感染、混合感染屢見(jiàn)不鮮[7]。因此建立能同時(shí)檢測(cè)并區(qū)分CSFV以及PRRSV的鑒別檢測(cè)方法,對(duì)快速診斷CSF和PRRS具有重大意義。雖然有學(xué)者建立了可同時(shí)檢測(cè)CSFV和NA-PRRSV的多重RT-PCR[11-12]及多重qRT-PCR的方法[13-14],但迄今未見(jiàn)報(bào)道能夠同時(shí)檢測(cè)并區(qū)分CSFV以及NA-PRRSV、EU-PRRSV的多重qRT-PCR方法。本研究根據(jù)CSFV基因組5' UTR的序列特點(diǎn)以及NA-PRRSV、EU-PRRSV在ORF7基因的序列差異[1],設(shè)計(jì)了3對(duì)特異性引物和3條TaqMan探針,利用位于CSFV 5' UTR高度保守區(qū)域的1對(duì)引物和1條探針來(lái)擴(kuò)增并區(qū)分CSFV,利用位于PRRSV ORF7基因的2對(duì)引物和2條探針來(lái)擴(kuò)增并區(qū)分NA-PRRSV、EU-PRRSV,實(shí)現(xiàn)了在同一個(gè)擴(kuò)增反應(yīng)中鑒別3種不同病毒即CSFV、NA-PRRSV、EU-PRRSV。經(jīng)過(guò)反應(yīng)條件的優(yōu)化,成功建立了特異性強(qiáng)、敏感性高、重復(fù)性好的CSFV及美洲型、歐洲型PRRSV的多重qRT-PCR鑒別檢測(cè)方法,并應(yīng)用于臨床樣品的檢測(cè),證實(shí)了其可靠性和適用性。
利用建立的多重qRT-PCR方法對(duì)253份臨床樣品進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果NA-PRRSV檢出率為33.99 %,CSFV檢出率為7.91 %,CSFV和NA-PRRSV混合感染占4.35 %,未檢測(cè)到EU-PRRSV。表明,NA-PRRSV仍是當(dāng)前的優(yōu)勢(shì)流行毒株,是當(dāng)前防控的重點(diǎn)。發(fā)病豬群存在CSFV和PRRSV的混合感染和繼發(fā)感染,應(yīng)予高度重視。本研究雖未從廣西臨床樣品中檢測(cè)到EU-PRRSV,但由于該毒株已在我國(guó)存在和流行[4, 15],因此廣西豬群依然面臨來(lái)自EU-PRRSV的巨大威脅,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)EU-PRRSV的監(jiān)測(cè)。
綜上所述,本研究建立的多重qRT-PCR能夠同時(shí)檢測(cè)并區(qū)分CSFV、NA-PRRSV、EU-PRRSV,且具有特異性強(qiáng)、敏感性高、重復(fù)性好的特點(diǎn),可用于CSFV及PRRSV的快速鑒別檢測(cè)及流行病學(xué)調(diào)查。
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Establishment and Application of Multiplex qRT-PCR for Differential Detection of CSFV and North American and European PRRSV
SHI Kai-chuang1, ZOU Lian-bin1, HU Jie1, ZHANG Bu-xian1, MO Sheng-lan1, GUAN Jia-ming2, CHEN Han-zhong2*
(1.GuangxiProvincialCenterforAnimalDiseaseControlandPrevention,Nanning,Guangxi530001,China; 2.CollegeofAnimalScienceandTechnology,GuangxiUniversity,Nanning,Guangxi530005,China)
A multiplex quantitative TaqMan real-time RT-PCR (qRT-PCR) assay was established for differential detection of classical swine fever virus (CSFV) and North American (NA) and European (EU) genotype porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) under optimized reaction condition using the three pairs of specific primers and three TaqMan probes designed according to the different genomic sequences among CSFV, NA-PRRSV and EU-PRRSV. The assay proved specifical,sensitive and reproducible, and helped amplify CSFV, NA-PRRSV and EU-PRRSV and meanwhile restraining from cross reaction with other important porcine pathogens. Detection limit of CSFV, NA-PRRSV and EU-PRRSV, all was 2.68 copies/μL ,respectively; variable coefficient was less than 1.5 percent in both intra-and inter-assay. The established assay was used to detect CSFV and PRRSV in 106 of the 253 clinical samples detected following the assay revealed positive, among which 20 samples were positive for CSFV, 86 samples for NA-PRRSV, 11 for both while none for EU-PRRSV. The results indicated that this assay could be used as an effective tool for rapid detection and epidemic surveillance of CSFV and PRRSV.
classical swine fever virus (CSFV); porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV); multiplex quantitative TaqMan real-time RT-PCR (multiplex qRT-PCR)
2014-02-07,
2014-03-27 [基金項(xiàng)目] 廣西科學(xué)基金項(xiàng)目(桂科青0832057);廣西科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(桂科轉(zhuǎn)14125004-22)
施開(kāi)創(chuàng)(1968-),男,廣西隆安人,研究員,博士,研究方向:動(dòng)物疫病診斷與防控技術(shù)。E-mail:shikaichuang@126.com
*[通訊作者] 陳漢忠(1955-),男,廣西北流人,教授,博士,研究方向:動(dòng)物疫病防治,E-mail: chenhanz211@sohu.com
S811.6
A
1005-5228(2015)03-0063-006