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利用RT-PCR技術(shù)檢測(cè)吊瓜病毒種類(lèi)的研究

2011-12-31 00:00:00徐京王珍華龐基良
湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2011年9期

摘要:小西葫蘆黃花葉病毒(Zucchini yellow mosaic virus,ZYMV)、西瓜花葉病毒(Watermelon mosaic virus,WMV)、黃瓜花葉病毒(Cucumber mosaic virus,CMV)、南瓜花葉病毒(Squash mosaic virus,SqMV)和番木瓜環(huán)斑病毒(Papaya ringspot virus,PRSV)是危害葫蘆科作物最嚴(yán)重、最廣泛的5種病毒。根據(jù)已知的5種病毒序列設(shè)計(jì)特異性引物,對(duì)感染病毒的吊瓜總RNA進(jìn)行RT-PCR擴(kuò)增。結(jié)果表明長(zhǎng)興吊瓜的病毒種類(lèi)主要為PRSV,感染率為100%,無(wú)復(fù)合病毒感染。吊瓜植株不同取樣部位(莖尖、卷須、嫩葉、莖、花、子房、老葉等)的RT-PCR表明老葉是較好的病毒檢測(cè)取樣部位,而嫩葉是吊瓜脫毒最佳的外植體取樣部位。對(duì)莖尖的PRSV表達(dá)量高過(guò)幼葉的原因也進(jìn)行了分析,認(rèn)為可能是病毒的表達(dá)量與植株的代謝強(qiáng)度有關(guān)。

關(guān)鍵詞:吊瓜;RT-PCR;病毒檢測(cè);病毒分布

中圖分類(lèi)號(hào):S642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0439-8114(2011)09-1904-04

Detection of Main Causal Viruses in Trichosanthes kirilowii by RT-PCR

XU Jing,WANG Zhen-hua,PANG Ji-liang

(College of Life and Environmental Sciences,Hangzhou Normal University,Hangzhou 310036,China)

Abstract: Zucchini yellow mosaic virus(ZYMV), Watermelon mosaic virus(WMV), Cucumber mosaic virus (CMV), Squash mosaic virus (SqMV) and Papaya ringspot virus (PRSV) are the most serious pathogens infecting cucurbitaceous crops. Five pairs of specific primers were designed based on the conserved sequences of the 5 viruses, and RT-PCR was applied to detect total RNA which was extracted from Trichosanthes kirilowii Maxim. leaves infected virus. The results showed that the causal virus of T. kirilowii in Changxing was PRSV with 100% incidence rate as no multiplex virus infection was detected. The RT-PCR results of different sampling parts of T. kirilowii suggested that the most suitable part for virus detection was old leave and the mostvirus-free part was young leave. The cause of more PRSV expressed in shoot tip than in young leaves was discussed, and it was possibly that the expression of virus was related to plant's metabolism intensity.

Key words: Trichosanthes kirilowii Maxim.; RT-PCR;virus detection; virus distribution

吊瓜,學(xué)名栝樓(Trichosanthes kirilowii Maxim.),屬葫蘆科多年生蔓性藤本植物。其根、莖、葉、瓜皮、種子均可供藥用,富含三萜皂甙、有機(jī)酸、樹(shù)脂、糖類(lèi)、色素、蛋白質(zhì)、脂肪油等,有解熱止渴、利尿、鎮(zhèn)咳祛痰等功效,并具抗腫瘤的作用。近年來(lái),隨著吊瓜開(kāi)發(fā)和研究的不斷深入,吊瓜子也已成為炒貨中的佳品,它濃香撲鼻,深受消費(fèi)者喜愛(ài),市場(chǎng)前景極為廣闊。吊瓜通常以種子或扦插繁殖,種子繁殖由于混交嚴(yán)重,種質(zhì)退化迅速;扦插繁殖時(shí)由于病毒病積累,導(dǎo)致大量減產(chǎn)。如何獲得優(yōu)質(zhì)不帶病毒的吊瓜種苗已是吊瓜生產(chǎn)上迫切需要解決的問(wèn)題。因此,亟需建立一種合適的吊瓜病毒檢測(cè)方法。

目前,植物病毒的檢測(cè)方法主要有生物學(xué)、電鏡觀察、血清學(xué)、RT-PCR和核酸雜交等[1],但由于生物學(xué)檢測(cè)法周期長(zhǎng),電鏡操作需要一定技能,儀器費(fèi)用高,也不易進(jìn)行大量樣本的集中處理,所以生物學(xué)方法和電鏡檢測(cè)在病毒檢測(cè)中存在很大局限性。血清學(xué)方法的應(yīng)用相對(duì)較為廣泛[2,3],但商品化的抗血清價(jià)格較高,靈敏度不夠高,易出現(xiàn)非特異性反應(yīng),檢測(cè)結(jié)果不可靠。而RT-PCR技術(shù)具有簡(jiǎn)便、快速、靈敏度高、特異性強(qiáng)等顯著優(yōu)點(diǎn),在植物病毒檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用[4-6]。危害葫蘆科作物的病毒多達(dá)48種[7],而且在田間病毒經(jīng)常還會(huì)發(fā)生復(fù)合感染,目前尚無(wú)吊瓜病毒檢測(cè)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道,本研究選取了發(fā)生普遍、危害嚴(yán)重的ZYMV、WMV、CMV、SqMV、PRSV 5種病毒對(duì)采集的田間吊瓜染病樣本進(jìn)行RT-PCR檢測(cè),為吊瓜病毒病的防治及抗病育種工作提供了理論依據(jù)。

1材料和方法

1.1材料

感染病毒的吊瓜植株來(lái)自浙江省長(zhǎng)興縣,引種后栽種于杭州師范大學(xué)溫室。

1.2試劑

Trizol試劑購(gòu)自Invitrogen公司;反轉(zhuǎn)錄試劑盒購(gòu)自東洋紡(上海)生物科技有限公司;Taq DNA聚合酶購(gòu)自廣州東盛生物科技有限公司。

1.3總RNA的提取

取0.2~0.5 g感染病毒的新鮮吊瓜葉片置于處理過(guò)的研缽中,加液氮研磨成粉末后迅速轉(zhuǎn)移至1.5 mL的Eppendorf管中,用Trizol試劑提取總RNA,最后用20 μL RNase free H2O溶解總RNA。

1.4引物的設(shè)計(jì)和合成

根據(jù)GenBank上登錄的各病毒序列,用Primer5軟件設(shè)計(jì)各病毒的特異性引物。引物設(shè)計(jì)完成后,通過(guò)NCBI對(duì)其特異性進(jìn)行分析,均具有良好的特異性。引物由上海生工生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司合成,見(jiàn)表1。

1.5cDNA合成和PCR擴(kuò)增

用反轉(zhuǎn)錄試劑盒合成各病毒cDNA第一鏈。PCR反應(yīng)在50 μL體系中進(jìn)行:36.5 μL ddH2O、5.0 μL 10×PCR Buffer、4.0 μL 10 μmol/L dNTPs、1.0 μL 病毒正向引物(10 μmol/L)、1.0 μL病毒反向引物(10 μmol/L)、2.0 μL cDNA模板和0.5 μL Taq DNA聚合酶,PCR反應(yīng)程序:94 ℃預(yù)變性5 min;94 ℃變性30 s、55 ℃退火30 s、72 ℃延伸1 min,循環(huán)30次;最后72 ℃延伸10 min。PCR產(chǎn)物經(jīng)1.0%瓊脂糖凝膠電泳后分析比較。

1.6PCR產(chǎn)物測(cè)序

將RT-PCR產(chǎn)物回收純化后與pMD18-T Vector連接轉(zhuǎn)化大腸桿菌DH5α感受態(tài)細(xì)胞,用氨芐青霉素和β-半乳糖苷酶的底物X-Gal進(jìn)行藍(lán)白斑篩選。陽(yáng)性克隆經(jīng)PCR和限制性酶酶切分析進(jìn)一步篩選后,提取質(zhì)粒送上海澤衡生物技術(shù)有限公司測(cè)序,利用DNAMAN和BLAST對(duì)所測(cè)序列進(jìn)行比較分析。

2結(jié)果與分析

2.1染病吊瓜樣品與健康吊瓜樣品的癥狀

調(diào)查發(fā)現(xiàn),浙江長(zhǎng)興吊瓜普遍受病毒侵染,且病毒病后期常導(dǎo)致大量減產(chǎn),這嚴(yán)重影響了吊瓜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。染病的吊瓜植株癥狀主要為花葉、出現(xiàn)小黃斑、葉片黃化,后期黃化壞死(圖1-A);而組培苗也有黃化、出現(xiàn)小黃斑的癥狀,這說(shuō)明組培苗還未脫除母株體內(nèi)的病毒(圖1-B)。未受病毒侵染的健康吊瓜植株葉片深綠,無(wú)黃斑、花葉、黃化現(xiàn)象(圖1-C)。

2.25種病毒RT-PCR擴(kuò)增結(jié)果

以ZYMV、WMV、CMV、SqMV和PRSV 5種病毒的反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為PCR反應(yīng)的模板,經(jīng)PCR擴(kuò)增后ZYMV、WMV、CMV、SqMV均未得到相應(yīng)的條帶,僅PRSV得到1條大小570 bp左右的特異性條帶(圖2),這與按PRSV外殼蛋白基因序列設(shè)計(jì)的引物目標(biāo)片段大小相符,說(shuō)明擴(kuò)增的條帶可能是從PRSV病毒基因組特異擴(kuò)增得來(lái)的,健康陰性對(duì)照則無(wú)任何擴(kuò)增條帶出現(xiàn)。在10塊不同田地的材料中全部檢測(cè)到PRSV,檢出率達(dá)到100%。

2.3RT-PCR檢測(cè)靈敏度

將受病毒侵染的吊瓜葉片總RNA按30、31、32、33、34、35、36倍梯度稀釋為不同濃度后的擴(kuò)增結(jié)果表明,RT-PCR在PRSV病毒RNA稀釋?zhuān)常当稌r(shí)仍能夠獲得陽(yáng)性結(jié)果(圖3),這說(shuō)明RT-PCR對(duì)病毒檢測(cè)具有較高的靈敏度。

2.4RT-PCR對(duì)吊瓜不同取樣部位的PRSV檢測(cè)

用同一感病植株的莖尖(5 mm)、幼嫩卷須、橫向直徑10 mm以下的嫩葉、橫向直徑10~20 mm的嫩葉、嫩莖、老莖、花萼、花瓣、子房、老葉提取RNA,分別進(jìn)行RT-PCR,結(jié)果均得到了清晰的擴(kuò)增條帶(圖4)。結(jié)果表明,病毒PRSV在以上吊瓜組織中均有分布,且不同取樣部位的特異擴(kuò)增條帶的強(qiáng)度不同,PRSV在幼嫩卷須、老莖、花萼、花瓣、子房、老葉中擴(kuò)增較強(qiáng);在莖尖(5 mm)、嫩莖處稍弱;在橫向直徑10 mm以下與橫向直徑10~20 mm的嫩葉處最弱。

2.5PCR產(chǎn)物序列分析

PRSV的RT-PCR擴(kuò)增產(chǎn)物經(jīng)純化后測(cè)序。測(cè)序結(jié)果表明PRSV的擴(kuò)增產(chǎn)物序列由570個(gè)核苷酸組成,與設(shè)計(jì)的PCR產(chǎn)物大小相同。序列同源性分析結(jié)果表明,所得序列與參考序列的同源率達(dá)到99%,為PRSV基因的部分序列,這進(jìn)一步證明了RT-PCR檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

2.6RT-PCR對(duì)吊瓜組培苗的檢測(cè)

應(yīng)用RT-PCR隨機(jī)抽樣檢測(cè)以莖尖為外植體的吊瓜組培苗4株,結(jié)果都檢測(cè)到未脫除的PRSV(圖5)。證明該方法具有較高的準(zhǔn)確性,可以用于大量脫毒苗的檢測(cè)。

3結(jié)論

RT-PCR技術(shù)用于植物病毒的檢測(cè)具有特異性強(qiáng)、靈敏度高、快速簡(jiǎn)便及所需樣品量少等特點(diǎn),因而對(duì)于病毒侵染早期及種子帶毒的檢測(cè)具有重要意義,可以為許多植物病毒的檢測(cè)所借鑒。

本文對(duì)來(lái)自10份不同田地的吊瓜染病樣本進(jìn)行了RT-PCR檢測(cè),結(jié)果從感病組織中全部擴(kuò)增出與PRSV預(yù)期大小一致的目的片段,而健康組織無(wú)此擴(kuò)增產(chǎn)物,說(shuō)明擴(kuò)增片段是從PRSV病毒基因組特異擴(kuò)增得來(lái)的,目的片段的序列測(cè)定進(jìn)一步證明了這一點(diǎn);至于另外4種病毒,RT-PCR均未擴(kuò)增出任何條帶,這說(shuō)明侵染吊瓜的病毒種類(lèi)可能為PRSV單一感染。本實(shí)驗(yàn)只選取了危害最普遍的5種病毒進(jìn)行檢測(cè),至于有沒(méi)有這5種病毒以外的其他病毒復(fù)合感染,這需要進(jìn)一步對(duì)吊瓜染病癥狀進(jìn)行觀察研究。

為了了解病毒PRSV在宿主體內(nèi)的分布狀況,本實(shí)驗(yàn)對(duì)吊瓜的不同部位——莖尖(5 mm)、幼嫩卷須、橫向直徑10 mm以下的嫩葉、橫向直徑10~20 mm的嫩葉、嫩莖、老莖、花萼、花瓣、子房、老葉的病毒分布進(jìn)行了檢測(cè),這不僅對(duì)于尋找合適的外植體部位來(lái)對(duì)吊瓜進(jìn)行脫毒處理,進(jìn)而獲得脫毒苗具有重大意義;另外,由于病毒在感病植株體內(nèi)各組織器官具有不均勻分布特性[8],這也有效避免了因檢測(cè)部位差異造成的檢測(cè)結(jié)論偏差。莖尖很少受病毒侵染,所以人們常取莖尖經(jīng)組培獲得脫毒苗。然而在提取RNA濃度基本相同的條件下,本實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻顯示莖尖的病毒表達(dá)量高過(guò)嫩葉,這可能預(yù)示PRSV的表達(dá)與植株的代謝強(qiáng)度有關(guān)。因?yàn)槟廴~代謝強(qiáng)度較莖尖弱,所以其病毒的表達(dá)量也相對(duì)較低。

本實(shí)驗(yàn)建立的吊瓜病毒RT-PCR檢測(cè)方法,在吊瓜栽培生產(chǎn)中,能夠快速、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)地檢測(cè)出幼苗帶毒情況,對(duì)預(yù)防和控制病害在田間的發(fā)生、減少經(jīng)濟(jì)損失、抗病篩選和病害流行預(yù)測(cè)具有十分重要的意義。

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