細粒棘球蚴（Echinococcus granulosus）CO1與ND1基因序列分析

于晶峰，譚 偉，李 濱，劉曉松，常建華，楊曉野，王 瑞，楊蓮茹，李秀霞

2.內蒙古農牧業科學院獸醫研究所，呼和浩特 010031；

3.內蒙古醫科大學基礎醫學院，呼和浩特 010110

細粒棘球蚴病，又名包蟲病，是世界廣泛分布的人獸共患性寄生蟲病[1－2]，對感染動物的肉產量、肉品質、產奶量及后代繁殖均有嚴重影響[3]，更重要的是該病對人類的健康也構成了嚴重的威脅[4－7]，因此一直倍受國內外學者的關注。近年來，相關學者已在基因水平上對細粒棘球蚴的蟲株的遺傳變異進行了研究。

據報道，蟲株的遺傳變異可能會影響到生理周期模式、宿主的特異性、感染性、抗原性、傳播動力學、治療藥物的敏感性、致病性、診斷結果、流行病學和防控措施[8]。因此，確定蟲株對制定棘球蚴病的預防和控制策略具有十分重要的意義。細粒棘球絳蟲蟲株的鑒定比較復雜，以往主要是以其成蟲和幼蟲的形態學特征，結合生物學、生物化學、同工酶分析和流行病學等方面的資料，作為蟲株鑒別的依據。雖然形態學和生物學特征可為細粒棘球絳蟲蟲株鑒定提供很有價值的資料，但是由于受宿主和環境多種因素的影響，并不能反映不同蟲株之間基因水平上的差異。近年來分子生物學技術的飛速發展，極大地促進了人們對細粒棘球絳蟲蟲株基因型鑒定的研究。眾所周知，線粒體DNA（mtDNA）具有進化率快、重組率低、獨立進化和基因組精簡等特點[9－10]，可作為重要的分子標記，用于生物種群的遺傳變異研究，尤其適于種以下水平的分類研究[11]。細粒棘球絳蟲的線粒體基因組共編碼2個核糖體RNA（12S、16S）、22 個 tRNA、1 個 細 胞 色 素 b（Cytb）、3 個 細 胞 色 素 氧 化 酶 亞 基 （CO1、CO2、CO3）、NADH氧化還原酶6個亞基的基因（ND1、ND2、ND3、ND4、ND4L、ND6）和 ATP酶一個亞基的基因（ATPase6）[12]。其中編碼呼吸鏈的細胞色素c氧化酶和NADH氧化還原酶普遍存在于原核生物和真核生物細胞的線粒體中，是線粒體基因組中進化速率較慢的，可用以比較其在進化上的相互關系[13]。

鑒于以上因素，本研究以內蒙古錫林郭勒盟西烏旗地區檢獲的羊株和錫林浩特市地區檢獲的人株細粒棘球蚴作為研究對象，對其CO1與ND1基因的部分序列分別進行分析，并將兩種序列與Gen－Bank中已報道的細粒棘球蚴CO1和ND1基因相應序列進行比對，目的在于明確這些地區不同動物宿主間細粒棘球蚴種株的基因型和遺傳變異情況及不同地理株之間的基因差異，這對了解家畜和人細粒棘球蚴病的感染來源以及不同宿主間的傳播鏈并制定不同地區細粒棘球蚴病的具體防控措施，具有重要參考意義。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 試驗樣品 細粒棘球蚴包囊采自于內蒙古錫林郭勒盟西烏旗綿羊和錫林浩特市某醫院細粒棘球蚴病患者。將采集的樣本用注射器將囊液吸出，離心1min使囊液與原頭蚴分離，－20。C條件下保存。

1.1.2 菌種、載體及主要試劑 大腸桿菌DH5α感受態細胞、DNA提取試劑盒（DNeasy Blood ＆Tissue Kit）和DNA凝膠回收試劑盒（AxyPrep DNA Gel Extraction Kit），購自北京市天根生化科技有限公司；Premix Taq、pMD19－T 載體、DL2000DNA Marker、氨芐青霉素（Amp）、5－溴－4－氯－3－吲哚－β－D半 乳 糖 苷 （X－gal）、異 丙 基－β－D－硫 代 半 乳 糖 苷（IPTG）、10×Loading Buffer，均購自大連寶生物工程有限公司；核酸染料，購自北京市賽百盛基因技術有限公司。

1.2 方法

1.2.1 總DNA提取 取實驗室保存的細粒棘球蚴原頭蚴，按照動物基因組DNA提取試劑盒說明書，提取基因組DNA，并置于－20。C冰箱中保存備用。

1.2.2 CO1與ND1基因擴增 以細粒棘球蚴DNA 為 模 板，用 上 游 引 物 5′－TTGTTAGGTGGTTTGTCTGA－3′和下游引物5′－GGCCATCATCAAATAAACAT－3′，擴增 CO1 基因部 分 序 列，PCR反應體系為50μL，內含Permix Taq 25μL，上下游引物各1.5μL，模板5μL，加dH2O補足至50 μL。同時，設置不加DNA模板的陰性對照。PCR擴增條件為：94。C預變性5min后，進入循環；即95。C變性1min，45。C退火45s，72。C延伸70s，共進行35個循環；最后72。C延伸10min。

同樣以細粒棘球蚴DNA為模板，用上游引物5′－GGTGGTTGTTTTTGGGTTAG－3′和下游引物5′－GTTTGCTATTGTTAATTAA－3′，擴 增 ND1基因部分序列。PCR反應體系為同上，同時設陰性對照。PCR條件為：94。C預變性5min，95。C變性1min，50。C退火50s，72。C延伸70s，共進行35個循環，循環結束后以72。C繼續延伸10min。

1.2.3 PCR產物純化、克隆與測序 利用膠回收試劑盒對PCR擴增產物的目的片段進行膠回收，將回收的CO1基因與ND1基因PCR擴增產物分別與pMD19－T載體連接。然后，將鏈接產物分別轉化至DH5α感受態細胞中，再分別涂布于LB固體培養基（含有 Amp、IPTG、X－gal）表面，37。C恒溫培養12h～16h，后置4。C冰箱顯色1h～2h。挑取數個白色菌落接種于含有Amp的LB液體培養基中，37。C、180r／min振蕩培養過夜，菌液經PCR鑒定后，將陽性菌液送至中美泰和公司測序。

2 結 果

2.1 CO1與ND1基因PCR擴增 細粒棘球蚴CO1和ND1基因分別經1%瓊脂糖電泳后，在約936bp、895bp處呈現特異性條帶，與目的片段大小基本一致，且無非特異性擴增條帶產生，擴增結果見圖1、圖2。

圖1 細粒棘球蚴CO1基因PCR產物電泳結果Fig.1 Electrophoresis results of PCR products of CO1gene fromEchinococcus granulosus

圖2 細粒棘球蚴ND1基因PCR產物電泳結果Fig.2 Agarose gel electrophoresis of PCR products of ND1 gene fromEchinococcus granulosus

2.2 CO1與ND1基因測序結果 西烏旗羊株細粒棘球蚴CO1基因與錫林浩特市人株細粒棘球蚴CO1基因片段大小均為936bp，其A、T、G、C含量分別為15.71%、24.89%、48.72%、10.68%和15.60%、25.11%、47.54%、11.75%。

西烏旗羊株細粒棘球蚴ND1基因與錫林浩特市人株細粒棘球蚴ND1基因片段大小均為895bp其 A、T、G、C 含量分別為 19.44%、25.92%、46.59%、8.04% 和 19.44%、25.92%、46.82%、7.82%。

2.3 CO1基因序列比對結果 比對結果顯示：西烏旗羊株細粒棘球蚴CO1基因與錫林浩特市人株細粒棘球蚴CO1基因分別同GenBank中已登錄的新疆羊株細粒棘球蚴的CO1基因序列相比，相應區域同源性分別存在6個和13個變異位點，突變類型均為轉換，即G與A置換和T與C置換；同源性分別為99.3%、98.6%（圖3）。

圖3 不同地理樣本間CO1基因序列同源性比較Fig.3 Homology of CO1gene sequences from different areas

2.4 ND1序列比對結果 利用DNAStar5.0中的MegAlign工具對ND1基因的序列進行分析，結果顯示：西烏旗羊株細粒棘球蚴的ND1基因序列與國內外已報道的G1型ND1基因序列完全相同；錫林浩特人株細粒棘球蚴的ND1基因序列與G1型ND1基因序列存在2個變異位點，全部為T與C轉換；西烏旗羊株細粒棘球蚴和錫林浩特人株細粒棘球蚴均為G1基因型。

3 討 論

現有研究表明，動物mtDNA按照嚴格的母性遺傳方式傳代，分子量小，拷貝數多，基因的堿基替代率比單拷貝的核DNA基因組快5～10倍，進化速率很快，其中CO1基因和ND1基因相當保守，表現為不同程度的種內遺傳差異和種間差異。因此，CO1基因和ND1基因可用于動物性寄生蟲的鑒 定 和 不 同 地 理 株 的 區 分[14－15]。 李 明 偉 等（2005）[16]對犬弓首蛔蟲的CO1基因部分序列進行了測序，結果表明不同地方蟲株的CO1基因表現出一定的差異性。劉國華等（2009）用不同地區的泡狀帶絳蟲的CO1基因序列與GenBank中報道的泡狀帶絳蟲的CO1基因序列進行了對比，結果發現二者CO1基因序列無差異[17]。本研究對西烏旗羊株細粒棘球蚴和錫林浩特人株細粒棘球蚴CO1基因進行了測序，并將兩株細粒棘球蚴CO1基因與新疆株細粒棘球蚴的CO1基因進行了比較。從序列對比結果可看出，西烏旗羊株細粒棘球蚴和錫林浩特人株細粒棘球蚴的CO1基因與新疆株細粒棘球蚴的CO1基因同源性很高，分別為99.3%、98.6%。

細粒棘球絳蟲對中間宿主有廣泛的適應性，但在長期進化演變的過程中，蟲體與宿主之間在相互適應中也發生著變異。以往以形態學特征為主的蟲株鑒定依據受到多種因素（如宿主和環境）的影響，并不能完全反映其基因水平的差異；而基于DNA序列的分析可直接鑒定生物體的不同種、亞種及地理株，能避免宿主和環境等因素的影響[18]，ND基因是常用的分型基因。國內外學者根據基因型的差異，將細粒棘球絳蟲分為10個基因型，即G1～G10。不同基因型蟲株對人的感染性和致病性有差別，G1、G2、G3、G5、G6、G7、G8、G9均可感染人，其他基因型蟲株對人的致病性有待進一步研究。不同基因型蟲株間的核苷酸都有不同程度的差異，如G2和G3與G1間的核苷酸差異很小，被稱為細粒棘球絳蟲的狹義種；G4與其它蟲株間的核苷酸差異在10%，G5與其它蟲株間的核苷酸差異在6%以上；G6、G7、G8、G9、G10與 G1間的核苷酸差異超過10%。楊俊克（2004）[19]對我國三省區（青海省、甘肅省和新疆維吾爾族自治區）細粒棘球蚴基因變異的情況進行了分析，由檢測結果可知，各地區分離株ND1基因的變異率為0.1%～0.7%，均屬于G1基因型。本研究對內蒙古兩地區的細粒棘球蚴蟲株進行了測序，經DNAStar5.0軟件分析可知，兩地區細粒棘球蚴均為G1型，以上數據表明，這些地區人的細粒棘區病有可能通過綿羊—犬—人方式進行傳播流行，需要加以注意和防控。

綜上所述，本次研究所得的西烏旗羊株細粒棘球蚴和錫林浩特市人株細粒棘球蚴的CO1基因與新疆株細粒棘球蚴的CO1基因相比均有變異位點，突變類型為轉換，即不同地理株細粒棘球蚴CO1基因的部分序列略有不同；但在ND1基因方面，與新疆株相比，西烏旗羊株細粒棘球蚴ND1基因序列無變異位點，而錫林浩特市人株細粒棘球蚴ND1基因序列存在2個變異位點，全部為T與C轉換。上述研究結果，為確定細粒棘球絳蟲在內蒙古某些地區的流行蟲株基因型及其可能的傳播鏈情況提供了重要依據。

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