摘""要:番木瓜環(huán)斑病毒(Papaya"ringspot"virus,"PRSV)是番木瓜生產(chǎn)上最嚴重的病害之一,其發(fā)病率高,傳播快,危害重。為及時發(fā)現(xiàn)感染PRSV的番木瓜植株,本研究建立了分別利用酶聯(lián)免疫吸附測定(ELISA)技術(shù)和熒光定量逆轉(zhuǎn)錄PCR(qRT-PCR)技術(shù)檢測番木瓜植株感染PRSV的方法,利用這2種方法檢測多株轉(zhuǎn)基因番木瓜與非轉(zhuǎn)基因番木瓜的PRSV含量,并對結(jié)果進行比較分析。結(jié)果表明:利用PRSV多肽抗原作為標準品制備的抗體建立的標準曲線擬合度較好,可用于ELISA法檢測PRSV;qRT-PCR法中選擇的內(nèi)參基因Cpa03g018830在番木瓜的不同生長階段均穩(wěn)定表達,可作為PRSV含量測定的內(nèi)參基因;ELISA法和qRT-PCR法對多株轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因番木瓜植株中PRSV含量的檢測結(jié)果基本一致,表明這2種方法均可用于番木瓜植株中PRSV含量的檢測。利用這2種檢測手段,可及時發(fā)現(xiàn)并鏟除感染了PRSV的番木瓜植株,有效預(yù)防與控制PRSV傳播。
關(guān)鍵詞:番木瓜環(huán)斑病毒;酶聯(lián)免疫吸附;熒光定量逆轉(zhuǎn)錄PCR中圖分類號:S436.67""""""文獻標志碼:A
Detection"of"Papaya"PRSV"Virus"Using"ELISA"and"qRT-PCR"Techniques
XIE"Xiuju1,"XIA"Qiyu1*,"HUO"Shanshan1,"DU"Xiaoxi1,"MAI"Xianjun2,"ZHANG"Yuliang1,"GUO"Anping1,"LI"Feng3,"KONG"Xiangyi2**,"ZHAO"Hui1**
1."Sanya"Research"Institute,"Chinese"Academy"of"Tropical"Agricultural"Sciences"/"Institute"of"Tropical"Bioscience"and"Biotechnology,"Chinese"Academy"of"Tropical"Agricultural"Sciences"/"Hainan"Key"Laboratory"for"Biosafety"Monitoring"and"Molecular"Breeding"in"Off-Season"Reproduction"Regions,"Sanya,"Hainan"572024,"China;"2."Sanya"Academy"of"Tropicalnbsp;Agriculture,"Sanya,"Hainan"572022,"China;"3."Bellagen"Biotechnology"Co.,"Ltd.,"Jinan,"Shandong"250300,"China
Abstract:"Papaya"ringspot"virus"(PRSV)"is"one"of"the"most"serious"diseases"in"papaya"production,"with"high"incidence"rate,"rapid"transmission"and"serious"harm."To"detect"papaya"plants"infected"with"PRSV"in"a"timely"manner,"this"study"established"methods"for"detecting"papaya"plants"infected"with"PRSV"using"enzyme-linkednbsp;immunosorbent"assay"(ELISA)"and"fluorescence"quantitative"reverse"transcription"PCR"(qRT-PCR)."The"two"methods"were"used"to"detect"the"PRSV"content"of"multiple"transgenic"and"non"transgenic"papaya"plants,"and"the"results"were"compared."The"results"showed"that"the"standard"curve"established"using"PRSV"peptide"antigen"as"the"standard"and"antibodies"prepared"from"it"had"good"fitting,"and"could"be"used"for"ELISA"detection"of"PRSV;"The"reference"gene"Cpa03g018830"selected"in"qRT-PCR"method"was"stably"expressed"at"different"growth"stages"of"papaya"and"could"be"used"as"a"reference"gene"for"PRSV"content"determination;"The"detection"results"of"PRSV"content"in"multiple"transgenic"and"non"transgenic"papaya"plants"using"ELISA"and"qRT-PCR"methods"were"basically"consistent,"indicating"that"both"methods"can"be"used"for"the"detection"of"PRSV"content"in"papaya"plants."By"using"thee"two"detection"methods,"papaya"plants"infected"with"PRSV"can"be"detected"and"eradicated"in"a"timely"manner,"effectively"preventing"and"controlling"the"spread"of"PRSV.
Keywords:"PRSV;"ELISA;"qRT-PCR
DOI:"10.3969/j.issn.1000-2561.2024.12.005
番木瓜(Carica"papaya"L.)是全球熱帶地區(qū)的重要出口水果和消費品之一[1-2]。番木瓜環(huán)斑病毒(Papaya"ringspot"virus,"PRSV)是一種世界性的番木瓜病害,其發(fā)病率高,傳播快,危害重,是番木瓜生產(chǎn)上最嚴重的病害之一。PRSV屬于馬鈴薯Y病毒科(Potyviridae)Y病毒屬(Potyvirus)[3],按寄主范圍的不同可劃分為P和W兩個株系,PRSV-P發(fā)生在大多數(shù)栽培番木瓜的熱帶、亞熱帶國家。PRSV-P感染的典型特征是在受感染的番木瓜果實上產(chǎn)生環(huán)斑癥狀[4]。除環(huán)斑外,PRSV還會產(chǎn)生一系列其他癥狀。如葉片出現(xiàn)花葉、萎黃和卷曲;葉柄和樹干上部呈現(xiàn)水浸油性條紋;幼葉變形,有時會產(chǎn)生類似于螨蟲損傷的皺縮癥狀。受PRSV感染的番木瓜植株表現(xiàn)出發(fā)育遲緩和花脫落等生理現(xiàn)象,導(dǎo)致產(chǎn)量嚴重下降。PRSV是通過蚜蟲進行傳播,在樹間傳播速度極快,發(fā)病的植株需及早鏟除。因此,為了及時發(fā)現(xiàn)番木瓜植株是否受到PRSV感染,亟需一種簡單、快速、靈敏的檢測PRSV的方法。
酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)是一種結(jié)合抗原抗體免疫反應(yīng)和酶的催化反應(yīng)的方法,具有快速檢測出植物RNA病毒的優(yōu)點。自CLARK等[5]對ELISA檢測病毒的理論方法進行了研究和報道后,ELISA技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于植物病毒檢測。在之前的研究中,PRSV血清學(xué)檢測多以粗提病毒粒子為抗原,存在抗體制備效價低、制備繁瑣等缺點[6-8],限制了PRSV病毒抗血清的應(yīng)用。近些年來,研究者利用分子生物學(xué)方法在大腸桿菌中高效表達病毒的外殼蛋白,用純化的蛋白免疫大白兔,制備?;钥寡澹瑸槔肊LISA技術(shù)建立病毒檢測體系研究奠定了基礎(chǔ)[9]。CHEN等[10]開發(fā)了一批H7亞型特異性單克隆抗體(mAb),并建立了雙抗體夾心酶聯(lián)免疫吸附(DAS-ELISA)法測定H7蛋白的含量和檢測除H7HA亞型以外的甲型流感病毒,顯示出極好的靈敏度和高特異性。MARTINEZ"VIEDMA等[11]使用蟲媒病毒特異性肽對收集的339個樣本進行血清學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)基于多肽的多重ELISA在感染病毒后2周就可以高效識別寨卡病毒(ZIKV)抗體。
熒光定量逆轉(zhuǎn)錄PCR(qRT-PCR)因其快速、靈敏度高和特異性強等優(yōu)點,廣泛地應(yīng)用于動物病毒和植物病毒檢測[12-13]。即使在中等質(zhì)量的DNA情況下,如從石蠟或福爾馬林固定組織中提取的DNA,熒光定量PCR也可以有效地用于病毒檢測[14-15]。qRT-PCR常用的2種方法有TaqMan探針法和SYBR"Green"I染料法,其中SYBR"Green"I染料法因其引物設(shè)計簡單、檢測成本低而被廣泛使用[16]。許多研究表明,qRT-PCR在量化病毒DNA方面是準確有效的,HARJU等[17]開發(fā)了qRT-PCR(TaqMan)測定法,用于甜菜壞死黃脈病毒(BNYVV)的特異性檢測,發(fā)現(xiàn)TaqMan的靈敏度是常規(guī)RT-PCR測定的10"000倍。CHENG等[18]開發(fā)了基于SYBR"Green"I的實時PCR檢測方法,用于正痘病毒的檢測和定量,該方法具有很高的重現(xiàn)性和可靠性,檢測速度更快且具有更高的靈敏度。COERTSE等[19]研究發(fā)現(xiàn),與TaqMan探針法相比,SYBR"Green"I檢測的靈敏度大于95%,表明染料法在病毒檢測中同樣具有較高的靈敏度。
以往的研究中,病毒抗體的制備步驟繁瑣,而本研究采用多肽抗原制備PRSV的多克隆抗體,建立了簡單易行的ELISA檢測番木瓜植株中PRSV病毒含量的方法;并以番木瓜單拷貝基因為內(nèi)參基因,首次建立了qRT-PCR檢測番木瓜植株P(guān)RSV病毒含量的方法,并對2種檢測方法得到的番木瓜植株中PRSV的含量進行比較。
1.1""材料
1.1.1""植物材料""轉(zhuǎn)基因番木瓜與非轉(zhuǎn)基因番木瓜均來自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院三亞研究院。轉(zhuǎn)基因番木瓜共18株,包括1株轉(zhuǎn)入海南PRSV的CP基因的T0代番木瓜、6株轉(zhuǎn)入海南PRSV的輔助成分-蛋白酶基因(HC-Pro)發(fā)夾結(jié)構(gòu)的T0代番木瓜苗、8株轉(zhuǎn)入海南PRSV的復(fù)制酶基因(Nib)發(fā)夾結(jié)構(gòu)的T0代番木瓜苗、3株轉(zhuǎn)入海南PRSV的CP基因全長的T1代番木瓜;非轉(zhuǎn)基因番木瓜共6株;非轉(zhuǎn)基因且無PRSV癥狀的番木瓜組培脫毒苗1株。
1.1.2""試劑耗材""植物RNA提取試劑盒購自生工生物工程(上海)股份有限公司;反轉(zhuǎn)錄試劑盒購自寶生物工程(大連)有限公司;2×Q3"SYBR"qPCR"Master"Mix購自吐露港生物科技有限公司;PCR平蓋八排管購自甄選(Labselect)公司;脫脂奶粉購自國賽生物技術(shù)有限公司,96孔酶聯(lián)板購自康寧公司;TMB雙組分顯色試劑盒和Goat"Anti-Rabbit"IgG/HRP購自北京索萊寶科技有限公司。引物均由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。
1.2""方法
1.2.1""ELISA法測定番木瓜植株的PRSV含量""(1)PRSV的多克隆抗體制備。制備多克隆抗體的抗原肽的氨基酸序列為:DQVPPPTKSVHHEGC,使用的載體為血藍蛋白載體KLH,由南京金斯瑞生物科技股份有限公司合成抗原及抗體。
(2)標準曲線繪制。以合成的抗原PRSV-1(93.4%"pure)為標準品進行梯度稀釋,繪制吸光度與濃度的標準曲線。首先將標準品配制成1000"ng/mL的母液,準備13只1.5"mL的離心管,編號為S1~S12、CK(對照),分別加入400"μL"coating"buffer稀釋液;吸取400"μL母液至S1管,進行2倍稀釋,吹打10次,混勻,渦旋振蕩5"s,從S1管中吸取400"μL液體至S2管,吹打混勻,繼續(xù)以上步驟,進行2倍梯度稀釋直至稀釋到S12。將配置好的梯度稀釋液進行間接法ELISA實驗,加入顯色液30"min后測定吸光度,繪制標準曲線。
(3)番木瓜植株的PRSV含量測定。在常年發(fā)?。≒RSV)的番木瓜果園中選擇不同生長階段的番木瓜植株樣品共24株,包括18株轉(zhuǎn)基因番木瓜(編號為:CP-1-3、H-1-6、H-1-10、H-1-22、H-2-15、H-3-4、Hc-n-35、N-1-8、N-2-21、N-2-31、N-n-17、N-n-20、N-n-23、N-n-24、N-n-26、YK-1-9、YK-2-11、YK-2-13)和6株非轉(zhuǎn)基因番木瓜(編號為:F-5、F-16、F-25、F-28、F-30、F-50)。每株均在生長期為11、13、14、18、19、21個月時采集葉片(編號為:11M、13M、14M、18M、19M、21M),每個樣品取0.3"g,其中,取0.15"g用于ELISA實驗,剩余樣品放–80"℃保存。另取1株非轉(zhuǎn)基因且無PRSV癥狀的番木瓜組培脫毒苗的葉片作為陰性對照,以稀釋100倍的抗原作為陽性對照。所有樣品進行間接ELISA實驗,測定吸光度。若樣品OD值/陰性對照OD值≥2.0,則將該植株判定為PRSV陽性;若樣品OD值/陰性對照OD值lt;2.0,則將該植株判定為PRSV陰性[20]。將判定為陽性的樣品代入標準曲線中,計算出PRSV含量,并將不同時期樣本PRSV含量的數(shù)據(jù)繪制成熱圖。
1.2.2""qRT-PCR法測定番木瓜植株的PRSV的含量""(1)RNA提取和反轉(zhuǎn)錄。取1.2.1(3)中的24株番木瓜剩余的葉片提取RNA。另采集1株番木瓜組培脫毒苗的葉片0.15"g,提取RNA。以獲得的RNA為模板,使用反轉(zhuǎn)錄試劑盒進行反轉(zhuǎn)錄得到cDNA模板,–80"℃保存待用。
(2)引物設(shè)計及驗證。通過DNAMAN軟件對比39株來源于海南不同地區(qū)不同PRSV株系的NIb序列[21],選取其保守序列,使用生工生物工程(上海)股份有限公司官網(wǎng)引物設(shè)計工具進行qRT-PCR引物設(shè)計(NIb-F:nbsp;5'-AGTGGTCAGCCT TCGACAGT-3',"NIb-R:5'-CCTTCGTGTCGTAA CCAGCC-3')。以番木瓜Cpa03g018830基因為內(nèi)參基因(830-F:"5'-TTCGAACGAGTCTGCA GT GG-3',"830-R:"5'-ACCACCTGAACCCAGGC TAA-"3'),并對其表達量進行穩(wěn)定性檢測。隨機選擇3份感染PRSV的番木瓜的cDNA為模板,進行熒光定量PCR實驗,驗證內(nèi)參基因Cpa03g018830和目的基因NIb引物的有效性。反應(yīng)體系為:2×Q3"SYBR"qPCR"Master"Mix"10"μL,引物(10"μmol/L)各0.4"μL,cDNA模板"1"μL,加無菌水至20"μL。擴增程序為:95"℃預(yù)變性30"s;95"℃"10"s,58"℃"30"s,40個循環(huán);融解曲線為95"℃"15"s,60"℃"60"s,95"℃"15"s。反應(yīng)結(jié)束后,通過擴增曲線及熔解曲線判定引物是否有效。
(3)內(nèi)參基因表達的穩(wěn)定性檢測。采用熒光定量PCR對不同生長階段番木瓜葉片Cpa03g-"018830基因的表達量進行穩(wěn)定性測定,以CT值的波動情況評價其是否能應(yīng)用于本研究的內(nèi)參基因。熒光定量PCR反應(yīng)體系和程序同1.2.2(2)。
(4)番木瓜植株的PRSV含量測定。以番木瓜組培脫毒苗為參照,使用qRT-PCR測定24個轉(zhuǎn)基因番木瓜和非轉(zhuǎn)基因番木瓜的不同生長階段樣品中的PRSV含量。以CPa03g018830為內(nèi)參基因,以PRSV的NIb基因為目的基因,進行qRT-"PCR擴增,每個樣品3次重復(fù),反應(yīng)體系及擴增程序同1.2.2(2)。得出每個樣品的CT值后,利用2–ΔΔCT法進行相對定量分析,計算每個樣品PRSV的相對含量,并將不同時期樣品的數(shù)據(jù)繪制成熱圖。并與ELISA法測定的PRSV含量進行比較分析。
2.1""ELISA法測定PRSV的含量
2.1.1""標準曲線的繪制""依據(jù)ELISA實驗的標準品的吸光度與濃度的結(jié)果(表1)繪制出標準曲線(圖1),標準曲線公式為"(R2=0.9998)。此公式R2值大于0.99,表明線性公式擬合較好,可用于后續(xù)實驗樣品的PRSV含量計算。
2.1.2""番木瓜植株的PRSV含量測定""各個時期轉(zhuǎn)基因植株與非轉(zhuǎn)基因植株樣品的PRSV的含量如圖2所示,非轉(zhuǎn)基因番木瓜在11個月的時候就能檢測到少量的PRSV,在14個月的時候,非轉(zhuǎn)基因番木瓜的病毒含量達到較高的水平,隨后,PRSV含量持續(xù)升高。大部分轉(zhuǎn)基因植株感染前期只能檢測到少量的PRSV,隨著感染時間的推移,病毒含量也開始升高,在18個月的時候病毒含量達到較高的水平,部分植株的PRSV含量仍然在較低的水平,個別植株的病毒含量在后期反而降低。
2.2""qRT-PCR法測定番木瓜植株中PRSV的含量
2.2.1""引物驗證""隨機選擇3份感染PRSV的番木瓜葉片樣品對引物進行驗證,結(jié)果(圖3)表明,利用內(nèi)參基因Cpa03g018830和目的基因NIb的引物擴增后,均有明顯的擴增曲線,且熔解曲線均具有唯一的吸收峰,因此這2對引物可用于qRT-PCR法檢測番木瓜的PRSV含量。
2.2.2""Cpa03g018830基因的穩(wěn)定性驗證""qRT-"PCR分析中的定量循環(huán)值(CT)反映目的基因的表達量,CT值越低,目的基因的表達量越高。對不同階段的番木瓜葉片Cpa03g018830基因的qRT-PCR結(jié)果分析發(fā)現(xiàn),番木瓜植株各生長期該基因的CT值在23.37~23.72之間(圖4)。這表明各生長期的番木瓜植株Cpa03g018830基因的表達量較穩(wěn)定。為了進一步綜合評估Cpa03g 018830基因在番木瓜不同生長時期的穩(wěn)定性,將熒光定量實驗得到的CT值進行校正,綜合geNorm進一步分析數(shù)據(jù)。geNorm分析原理是將候選內(nèi)參基因的CT值轉(zhuǎn)換成相對表達量(M),M值較小時,表示基因的穩(wěn)定程度較高,如果Mgt;1.5,則表示此基因并不適宜用作內(nèi)參基因[22]。Cpa03g018830基因的geNorm分析如圖5所示,各生長期Cpa03g 018830基因的M值都在1.5以下,說明Cpa03g018830基因在番木瓜的不同生長階段均穩(wěn)定表達,因此可作為PRSV含量測定的內(nèi)參基因。
2.2.3""qRT-PCR法測定番木瓜植株的PRSV含量""各個生長時期的轉(zhuǎn)基因植株與非轉(zhuǎn)基因植株對照樣本中PRSV的積累量如圖6所示,6棵非轉(zhuǎn)基因番木瓜植株中,隨著時間的推移,PRSV含量逐漸升高,在18個月的時候,病毒含量均急劇升高至較高的水平;轉(zhuǎn)基因番木瓜植株中,在受到PRSV侵染前期,大部分轉(zhuǎn)基因番木瓜植株的PRSV含量都較低,隨著病毒侵染時間的推移,大部分轉(zhuǎn)基因植株中的PRSV含量都開始上升,但一些植株的PRSV含量仍在較低的水平,少數(shù)植株中的PRSV含量上升至較高的水平后又逐漸減低。
PRSV作為一種世界性的番木瓜病毒,番木瓜被其侵染后無法得到有效防治,嚴重影響番木瓜的產(chǎn)量與品質(zhì)。因此,PRSV感染番木瓜后的早期檢測至關(guān)重要,一旦發(fā)現(xiàn)感染植株,應(yīng)立即將其連根拔除并銷毀,可有效延緩PRSV的傳播速度,降低發(fā)病率。
常用的檢測病毒的方法有qRT-PCR法和ELISA法。BRUISSO等[23]開發(fā)了多重TaqMan的qRT-PCR分析方法,用于檢測9種不同的病毒,并與ELISA法進行比較,發(fā)現(xiàn)大部分情況下,2種實驗方法可獲得相同的結(jié)果,但在某些情況下,僅可通過2種技術(shù)之一檢測到病毒。TORRE等[24]基于TaqMan技術(shù)建立了qRT-PCR方法,用來檢測3種在葫蘆中傳播的種子病毒,并將這些檢測方法與DAS(雙抗夾心)-ELISA進行了比較,其靈敏度分別是DAS-ELISA法測定的南瓜花葉病毒(SqMV)和黃瓜綠斑駁花葉病毒(CGMMV)的1000倍和10"000倍,說明qRT-PCR分析方法較DAS-ELISA靈敏度更高。然而,RNA檢測具有許多局限性,如時間久、成本高昂,且必須在專門的實驗室中進行。XIANG等[25]通過酶ELISA和金免疫層析測定(GICA)對血液進行SARS-"CoV-2"IgG/IgM檢測,在候選血液指標中,與標準的RNA檢測相比,通過ELISA檢測的血清IgG和IgM具有最佳的一致性和有效性,表明該方法可用于初步的病毒篩選,以滿足沒有RNA檢測能力的實驗室的檢測需求,或作為RNA檢測的補充。
隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展,抗體制備技術(shù)不斷完善。為了建立更好的番木瓜植株中的PRSV檢測方法,本研究以直接合成的多肽抗原制備PRSV的多克隆抗體,建立了ELISA檢測PRSV病毒的方法,無需病毒的提取制備或原核表達等繁瑣的步驟,極大地簡化了抗體制備的步驟,縮短了實驗時間。此外,本研究以番木瓜中穩(wěn)定表達的基因Cpa03g018830為內(nèi)參基因,首次建立了番木瓜植株中PRSV含量的qRT-PCR的相對定量檢測方法,該方法無需制備PRSV的標準品及建立標準曲線,操作簡單,經(jīng)濟實用,適合大批量的樣品檢測。
采用以上2種方法對24株轉(zhuǎn)基因番木瓜及非轉(zhuǎn)基因番木瓜的不同生長階段的樣品進行了PRSV病毒的檢測,并對檢測得到的PRSV的含量進行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn),相同的樣品用2種方法測定的病毒含量大部分都較為一致,少數(shù)結(jié)果不一致的可能為樣品采樣誤差導(dǎo)致。從整體變化趨勢可以看出,非轉(zhuǎn)基因番木瓜從開始感染PRSV到發(fā)病,PRSV含量持續(xù)升高,一旦病毒侵襲,則毫無抵抗能力,直至減產(chǎn)死亡。而大部分轉(zhuǎn)基因番木瓜株系則表現(xiàn)出對PRSV較好的抗性,即使初期受到病毒侵襲,PRSV含量開始上升,但隨著small"RNA的基因沉默開始發(fā)揮作用,病毒含量又開始降低。然而,部分轉(zhuǎn)基因番木瓜株系在感染PRSV后含量持續(xù)增加,可能是由于插入位點干擾了番木瓜代謝過程,從而影響RNAi對抗病毒的作用;或者是由于不同株系在田間自然發(fā)病時期存在差異,導(dǎo)致small"RNA尚未開始發(fā)揮抗病作用。
綜上所述,本研究建立的檢測PRSV的ELISA法與qRT-PCR法可以共同使用,提高番木瓜植株早期感染PRSV的檢出率,可為PRSV的實驗室診斷、含量測定提供支持,提高檢測效率,減少工作量。
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