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雞腺胃型傳染性支氣管炎病毒山東分離株S基因的克隆及序列分析

2015-06-11 02:21:36王玉東劉俊輝鄭增忍王君瑋王永玲王曉燕王樹雙牛鐘相
動物醫(yī)學進展 2015年6期
關鍵詞:腎型腺胃產(chǎn)物

王玉東,劉俊輝,鄭增忍,王君瑋,王永玲,王曉燕,王樹雙,牛鐘相

(1.中國動物衛(wèi)生與流行病學中心,山東青島266032;2.中國農(nóng)業(yè)大學國際合作與交流處,北京100083;3.山東農(nóng)業(yè)大學動物科技學院,山東泰安271018)

傳染性支氣管炎病毒(Infectious bronchitis virus,IBV)粒子主要包括3種主要結(jié)構蛋白,分別為纖突蛋白(S)、膜糖蛋白(M)、內(nèi)部核衣殼蛋白(N),此外還有少量的第4種蛋白(小膜蛋白,E)[1-2]。病毒的纖突蛋白S蛋白由S1和S2兩種糖蛋白組成,血凝抑制抗體和大部分病毒的中和抗體都是由S1誘導產(chǎn)生,具有免疫保護作用;據(jù)謝景偉等[3]報道,S1基因變異最大,是該病毒主要的抗原基因。因此本研究設計了一對S1和S2引物,對S蛋白基因核苷酸進行克隆及序列分析。1998 年王玉東等[4]首次報道了中國發(fā)生了腺胃型IB,并將青島分離株命名為QXIBV。潘杰彥等[5]報道中國青島腺胃型IBV 株(QXIBV 株又稱SD/97/02株)的S1基因全序列及推導出的氨基酸序列被病毒基因庫(Gen-Bank)所收錄,收錄號為AF193423。張小榮等[6]分離的2株河北分離IBV 株屬于QXIBV 基因型。

Geerligs H J等[7]研制了 一 種QX 樣IBV 活 疫苗,其病毒毒株與QXIBV 的同源性高達98.1%。近年來亞洲、歐洲和非洲都有大量IBV-QX 樣病毒感染和發(fā)病的報道。Toffan A 等[8]報道非洲發(fā)生QX 樣IBV。Abro S H 等[9]對IBV-QX 病毒 血清型按全基因序列分型,除了中國QXIBV 血清型外,歐洲多個國家分離到IBV-QX 樣血清型,包括法國、德國、意大利、荷蘭、波蘭、俄羅斯、西班牙、瑞典和英國等都有相關報道,其分離毒株的S1 基因序列都與QXIBV 接近。Sigrist B 等[10]報道在瑞士發(fā)現(xiàn)了冠狀病毒IBV-QX 型感染的病例。Ganapathy K 等[11]報道英國從商品肉雞腺胃炎病例中分離到QX 樣IBV。Zhang X R 等[12]報 道 了 來 源 于SPF 雞IBV纖突蛋白在重組馬立克病病毒的表達;Amin O G M等[13]報道了QX 樣IBV 毒株在中東的傳播,并對許多國家的病毒分離株進行了基因進化分析。Mork A K 等[14]報道了冠狀 病毒IBV-QX 株和B1648病毒纖突蛋白特性的比較。QX 樣IBV 感染病例呈現(xiàn)世界范圍蔓延的趨勢。

為研究腺胃型IBV 山東分離株QX 和DY 及FC的病毒S蛋白的核苷酸特征,確認其與腎型IBV和呼吸型IBV 的同源性。采用分子生物學技術(RT-PCR 試驗方法),對多株IBV 毒株進行了纖突蛋白S基因的擴增,并對QX 和DY 株的S基因擴增產(chǎn)物核苷酸序列進行分析,表明腺胃型IBV 是不同于呼吸型IBV 和腎型IBV 的一種具有明顯腺胃嗜性的IBV 變異株。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 病毒毒株 山東省腺胃型IBV 典型分離株青 島 株(QXIBV)、東 營 株(DYIBV)、肥 城 株(FCIBV)、腎型IB分離株(HD),均由中國動物衛(wèi)生與流行病學中心分離鑒定、保存。IBV H52標準株、H120株、M41標準株、腎型IBV-T 株,均購自中國獸醫(yī)藥品監(jiān)察所。

1.1.2 主要儀器及試劑 臺式高速(12 000r/min)離心機為德國Eppendorf公司產(chǎn)品;DNA 擴增儀為美國MJ Research 公司產(chǎn)品;穩(wěn)壓穩(wěn)流電泳儀和水平電泳槽和凝膠成像分析系統(tǒng)為美國伯樂公司產(chǎn)品;振蕩器購自江蘇常州國華公司;恒溫水浴鍋為天津泰斯特儀器公司產(chǎn)品;冰箱為青島海爾公司產(chǎn)品。

NaCl,MgCl2,NaH2PO4,Na2HPO4,KH2PO4,K2HPO4,KCl,NaOH,HCl,三 羥 甲 基 氨 基 甲 烷(Tris),EDTA,異丙醇,無水乙醇,氯仿,總RNA 抽提劑(Trizol),瓊脂糖,溴化乙錠,硼酸,分別為山東賽恩斯科技公司和青島愛普科生物工程公司產(chǎn)品。

Taq DNA 聚合酶為上海生工生物工程技術服務有限公司產(chǎn)品;M-MLV 反轉(zhuǎn)錄酶、RNA 酶抑制劑、脫氧核苷三磷酸(dNTP)、DEPC(焦碳酸二乙酯)為Promega公司產(chǎn)品;DNA Marker DL 2 000購自寶生物工程(大連)有限公司。

1.1.3 引物 參照GenBank注冊的IBV S通用基因序列,自行設計了一對跨幅約0.9kb的引物,該區(qū)段包含了S1基因C 末端的400bp和S2基因N末端的500bp。該基因片段具有良好的保守性和遺傳特異性,是IBV S基因研究者選擇較多的合成引物。引物預期擴增片段大小為750bp~950bp,引物的使用濃度為10pmol/μL。

引物序列如下:S1:5′CAAGGTTTTATTACTAATGT 3′;S2:5′AGCAAACCATTATATTCACGA 3′。以上引物由上海博亞生物技術有限公司合成。

1.2 方法

1.2.1 RNA 的提取 分別取典型腺胃型IBV 分離株(QX 株、DY 株、FC 株)的 病 毒 尿 囊 液 各100 μL,放入1.5mL的離心管中,加500μL Trizol,上下顛倒5次,混勻,室溫放置15 min。加入100μL氯仿,渦旋混勻,室溫放置8 min,期間混勻2 次。12 000r/min離心15min,取上清200μL加200μL異丙醇混勻,在-20℃放置過夜。12 000r/min離心15min,緩慢倒掉上清,沿管壁緩慢加750mL/L乙醇0.5mL進行洗滌一次,緩慢倒掉750mL/L乙醇,倒扣于吸水紙上,置超凈工作臺晾干,加入20 μL DEPC處理的無菌雙蒸水溶解核酸,置-20℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 反轉(zhuǎn)錄(RT) 在干凈的1.5mL 的離心管中依次加入以下試劑:5×M-MLV RT buffer 4μL,40 U RNA 酶 抑 制 劑1 μL,2.5 mmol/L dNTP 3μL,10pmol/μL 混合引物(S1+S2)1μL,RNA 提取樣品5μL,200 U M-MLV 反轉(zhuǎn)錄酶1 μL,雙蒸水5μL,總體積為20μL。混勻后置42℃30min,37℃30min,95℃3min,冷卻至4℃。

1.2.3 目的基因的PCR 擴增 在0.2mL 的反應管中依次加入以下試劑:10×PCR buffer 3μL,25 mmol/L MgCl22μL,2.5 mmol/L dNTP 3μL,10 pmol/μL的混合引物(S1+S2)1μL,反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物5μL,5UTaq DNA 聚合酶0.5μL,雙蒸水15.5 μL,總體積30μL。PCR 反應條件為:94℃5min;35個循環(huán),每個循環(huán)包括94℃1 min,55℃1 min,72℃2min;最后72℃延伸10min。

1.2.4 PCR 產(chǎn) 物 檢 測 獲 得 的PCR 產(chǎn) 物 于10 g/L瓊脂糖凝膠(已含有0.5μg/mL 的溴化乙錠),在電壓100 V~120 V 條件下,電泳30 min~60 min。當電泳結(jié)束后,取出凝膠反應板,放置于凝膠成像分析系統(tǒng)中進行觀察,并照相記錄。

1.2.5 S基因序列測定及分析 將PCR 產(chǎn)物純化后,用引物S1 進行測序。使用DNAstar序列分析軟件,對克隆的S基因核苷酸同源性進行比較。為探討不同分析方法的優(yōu)勢和特點,消除因不同方法產(chǎn)生的誤差,保證分析結(jié)果的準確性和科學性,選擇國際通用的Clustal V method、Jotun Hein method和Clustal W method三種方法,分別對2株腺胃型QX 株、DY 株、1株 腎 型IB HD 株 和 標 準M41株 的S基因核苷酸序列進行比對,對其同源性進行分析。由上海博亞生物技術有限公司協(xié)助完成。

1.2.6 S基因序列進化關系分析 使用DNAStar對腺胃型IBV(QX 株、DY 株)與標準株(M41株)和腎型IBV(HD 株)同源性進行進化關系分析。由上海博亞生物技術有限公司協(xié)助完成。

2 結(jié)果

2.1 RT-PCR 擴增產(chǎn)物檢測結(jié)果

用自行設計的一對S基因引物,通過RT-PCR擴增產(chǎn)物進行檢測(圖1、圖2)。山東分離腺胃型QX 株、DY 株、腎型HD 株均與標準株(H52、H120、M41)產(chǎn)物的電泳條帶相似,大小約為900bp(在789bp~857bp之間,標準株M41株為857bp),表明設計引物對IBV 具有良好的特異性。其中QX 株和DY 株與標準呼吸型IB M41、H52、H120、腎型HD 株出現(xiàn)的條帶明顯;FC 株產(chǎn)物有較大差異(僅為500bp),未對其第2次基因擴增,也未分析比對;腎型IB-T 株未形成明顯的產(chǎn)物條帶。對M41標準株、QX 株、DY 株、腎 型IB 分 離 株HD 株 四 株 病 毒進行第2次RT-PCR,其擴增產(chǎn)物的電泳條帶與第一次的結(jié)果相同(約為900pb)。

2.2 S基因序列測定結(jié)果

將M41株、HD 株、QX 株、DY 株4 株IBV 病毒的PCR 擴增產(chǎn)物進行測序,測序結(jié)果見圖3~圖6。4株病毒S 基因均為IBV 的部分S 基因,其中M41株病毒S基因產(chǎn)物為857bp,S基因序列為多數(shù)基因序列;腺胃型QX 株為837bp,DY 株為852 bp,腎型HD 株為789bp。各病毒被擴增出的基因片段均含有編碼部分S蛋白的閱讀框架(ORF)。

2.3 S基因核苷酸同源性分析

2.3.1 Clustal V method、Jotun Hein method 和Clustal W method三種方法分析圖 對2株腺胃型分 離株(QX 株、DY 株),1株 腎 型IB HD 株 和 標 準株M41株的S基因核苷酸序列進行比對,對其同源性進行了分析(圖7~圖9)。對QX 株、DY 株、HD株和M41標準株進行S基因核苷酸序列分析及其同源性比較結(jié)果發(fā)現(xiàn),三種方法之間略有差異,核苷酸分析同源性數(shù)值Jotun Hein 法較高,Clustal W法次之,Clustal V 法最低。

圖1 9種IBV 的S基因擴增產(chǎn)物條帶Fig.1 The amplification products of S genes of 9IBV strains

圖2 4種IBV 的S基因擴增產(chǎn)物條帶Fig.2 The amplification products of S genes of 4IBV strains

圖3 病毒標準株(M41株)的S基因測序結(jié)果Fig.3 S gene sequencing of reference IBV M41strain

圖4 腎型IB分離株(HD 株)的S基因測序結(jié)果Fig.4 S gene sequencing of nephric type IBV HD strain

圖5 腺胃型IB病毒青島株(QX 株)的S基因測序結(jié)果Fig.5 S gene sequencing of proventriculus type IBV Qingdao QX strain

圖6 腺胃型IBV 東營株(DY 株)的S基因測序結(jié)果Fig.6 S gene sequencing of proventriculus type IBV DY strain

圖7 用Clustal V 方法分析結(jié)果Fig.7 Analysis result by clustal V method

圖8 用Jotun Hein 方法分析結(jié)果Fig.8 Analysis result by Jotun Hein method

圖9 用Clustal W 方法分析結(jié)果Fig.9 Analysis result by Clustal W method

2.3.2 S基因核酸的同源性分析 按Clustal V 法QX 株和標準M41株的同源性達到64.6%;DY 株與標準M41株的同源性為73.8%;腎型IB HD 株與M41株的同源性為70.9%;QX 株與HD 株的同源性為65.7%;DY 株與HD 株的同源性為70.4%;QX 株與DY 株的同源性為79.7%。QX 株與DY株的差異性為4.3%。QX 株和DY 株與M41株的差異性分別為24.7%和22.4%。QX 株和DY 株與HD 株的差異性為22.7%和23.4%。HD 株與M41株的差異性為19.8%。

按Jotun Hein法 同源性比較的數(shù)值均略高于Clustal V 法。QX 株和標準M41株的同源性為79.3%;DY 株與標準M41株的同源性為79.2%;HD 株與M41株的同源性為80.8%;QX 株與HD株的同源性為78.4%;DY 株與HD 株的同源性為78.9%;QX 株 與DY 株 之 間 的 同 源 性 為95.8%,QX株與DY 株的差異性為3.8%;QX 株和DY 株與M41株的差異性分別為24.5%和24.6%;QX 株和DY 株與HD 株的差異性分別為25.8%和25.2%;HD 株與M41株的差異性為22.3%。QX株和DY 株同源性極高,為95.8%。

按Clustal W method 法 QX 株和標準M41株的同源性為75.7%;DY 株與標準M41株的同源性為77.2%;HD 株與M41株的同源性為79.6%;QX 株與HD 株的 同源性為74.8%;DY 株與HD株的同源性為76.5%;QX 株與DY 株的同源性為90.5%,QX 株與DY 株的差異性為4.2%;QX 株和DY 株與M41 株的差異性分別為24.5%和22.3%。QX 株和DY 株與HD 株的差異性均為22.7%,HD 株與M41株的差異性為20.5%。

歸納三種分析方法結(jié)果,QX 株和DY 株的S基因的核苷酸同源性最高達到95.8%,最小差異性為3.8%(張小榮[4]分離的QXIBV 基因型2分離株的同源性僅為77.7%)。QX 株和DY 株病毒與標準病毒M41株的同源性最高達79.3%和79.2%,最小差異性為24.5%和22.3%。QX 株和DY 株與HD 株的同源性最高達78.4%和78.9%,最小差異性均為22.7%。腎型HD 株與M41株的同源性最高達到80.8%。腺胃型QX 株和DY 株分別與呼吸型M41株及腎型HD 株的同源性差異不明顯。結(jié)果表明,腺胃型IBV 與呼吸型IBV 和腎型IBV 是不同組織嗜性的傳染性支氣管炎病毒變異株,與呼吸型和腎型IBV 具有同等重要地位的進化階段。

2.4 S基因系列進化關系分析

對腺胃型QX 株、DY 株和腎型HD 株與標準株M41株進化關系分析見圖10。QX和DY 株、M41和腎型HD株各為一個分支;4株病毒分成2個群,Ⅰ群包含M41 株和腎型HD 株兩株病毒,遺傳距離為19.8%~22.3%,同源性在70.9%~80.8%之間。Ⅱ群包含了QX 株和DY 株,遺傳距離在3.8%~4.3%之間,同源性在79.7%以上,QX 株和DY 株之間同源性最高達95.8%。腺胃型QX 和DY 株的遺傳距離很小,按Jotun Hein 法分析僅為3.8%。通過進化分析說明,腺胃型IBV 與腎型IBV 和呼吸型IBV 是不同的IBV 病毒的變異株。

圖10 4株病毒S基因系列進化關系分析圖Fig.10 The phylogenetic analysis of S genes of 4viral strains

3 討論

3.1 引物設計和基因序列分析

由于IBV 變異性強,引物的設計必須在基因的高度保守區(qū)內(nèi)進行,以便能獲得一對能廣泛應用于所有IBV 的通用引物。但為了能對分離的病毒進行分類,又必須選擇能代表病毒基因變異的區(qū)域進行研究,S纖突蛋白基因被當作IBV 分型的主要研究對象。

在S纖突蛋白中S2蛋白相對保守,但同樣含有兩個抗原決定簇。S1 基因的3/4 處屬于多變區(qū)[15]。參考基因庫IBV S基因序列,自行設計了一對引物,對9株IBV 進行了RT-PCR,其中7株均形成了特異的目的基因片段,獲得了理想的擴增產(chǎn)物。QX 株、DY 株、腎 型HD 株 及M41 株 四 株 病 毒 的RT-PCR 擴增產(chǎn)物大小范圍為787bp~857bp,對其進行基因序列測定及同源性分析,表明腺胃型IBV 分離株QX 株和DY 株是一種不同于呼吸型和腎型IBV 的組織嗜性的新的病毒變異株。QX 和DY 株兩株病毒的同源性高達95.8%。QX 和DY株與M41標準株及腎型HD 株的同源性較低。因FC株的PCR 擴增產(chǎn)物與標準株有較大差異,未進行DNA 序列分析和同源性比較。

3.2 腺胃型IBV 分子流行病學分析

從臨床上表現(xiàn)典型癥狀的病雞分離到2株病毒QX 株和DY 株均有嗜腺胃特性,說明我國流行的IBV 與疫苗毒株和國際上許多IBV 毒株發(fā)生了明顯的變異。按進化關系分析QX 株和DY 株為一群,這兩株腺胃型IBV S 基因序列有高度的同源性。

腺胃型IBV 分離株QX 株和DY 株都與國內(nèi)流行的腎型IB HD 株和標準毒株M41株具有較遠的親緣關系。近年來嗜腺胃型IBV 的研究也不斷有所發(fā)展。王玉東等[16]報道,腺胃型IBV 是與呼吸型和腎型IBV 不同血清型的變異株。王玉東等[17]進行的山東分離株(QX 株、DY 株、FC株)SPF雞致病回歸試驗獲得了成功,外源病毒的檢測均為陰性。對山東3個分離株進行了病毒病理學和超微結(jié)構的研究,表明本病的病原為冠狀病毒屬的嗜腺胃型IBV 病毒[18]。

Beato M S等[19]報道了IBV 中國分離株QXIBV 在意大利傳播流行的證據(jù)。Pohuang T 等[20]報道中將泰國分離的IBV 進行S1基因的序列分析。近年來該病呈世界性流行,Abro S H 等[9]的報道表明歐洲發(fā)病病例最多。

3.3 對引起腺胃炎病變的腺胃型IBV 病原學研究和防疫的思考

1995年-1996年發(fā)生于江蘇省和山東省的腺胃型IB,國外最初未見此類疾病的報道,是一種新的IBV 變異株。Saif Y M 主編的禽病學第11版和第12版均引用了王玉東的報道[1-2]。10余年來,中國各地呈現(xiàn)蔓延趨勢,使用中國青島分離株(QXIBV 株)和山東分離株病毒制備的油乳劑滅活苗,在中國大面積范圍內(nèi)使用表明,免疫效果好,保護率高[4,16]。國外近年來也陸續(xù)有疫苗研制的報道,Terregino C 等[21]報 道,意 大 利 分 離 株IBV-QX 株對SPF雞和商品肉雞的致病性,在蛋雞和肉雞場1日齡和14日齡時免疫Ma5和4/91變異株疫苗,對降低發(fā)生IBV-QX 感染時引起的經(jīng)濟損失具有幫助作用。Geerligs H J等[7]報道的一種與QXIBV 基因同源性高達98.1%的IB-QX 類病毒疫苗,主要用于雞腎型IB的免疫,目前未進行大面積推廣,免疫效果如何,尚未可知。

近年來國內(nèi)對本病的病原學研究一直爭論不休,包括傳染性支氣管炎病毒、網(wǎng)狀內(nèi)皮組織增殖病病毒、新城疫病毒、細小病毒、呼腸病毒等病原在有關腺胃炎的研究中都有分離到。我們認為該病的病原為一種IBV 變異株-即腺胃型IBV 變異株。IBV的多變異特性對IBV 引起的傳染病的診斷和防疫帶來了嚴重的困難,所以如何快速、及時地對所分離的IBV 進行分析和研究,對IBV 的防控十分重要。對該病病原的分子流行病學分析研究,仍然是未來一段時間研究的重要內(nèi)容。

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