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1株黑鯛致病性假交替單胞菌的鑒定及毒力基因分析

2015-06-15 15:53:52喬毅沈輝萬夕和戚原野王李寶
江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年4期

喬毅+沈輝+萬夕和+戚原野+王李寶

摘要:從患有尾鰭基部潰爛病的人工養(yǎng)殖黑鯛(Acanthopagrus schlegel)病灶處分離到1株優(yōu)勢菌LSHD-1,經(jīng)人工感染試驗(yàn)證實(shí)為引起黑鯛尾鰭基部潰爛病病原菌。細(xì)菌形態(tài)學(xué)觀察、生理生化等表觀、生物學(xué)試驗(yàn)、細(xì)菌16S rRNA基因同源性檢索和系統(tǒng)發(fā)育學(xué)分析結(jié)果表明,LSHD-1與假交替單胞菌屬(Pseudoalteromonas)的吻合程度最高,系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果與殺魚假交替單胞菌(Pseudoalteromonas piscicida)聚為1支。擴(kuò)增細(xì)菌毒力基因,分析其潛在致病性,發(fā)現(xiàn)LSHD-1攜帶黏附侵襲位點(diǎn)基因(ail)、毒力活化因子(virF)、P4噬菌體整合酶基因(intB)、溶血素基因(hlyA)、絲氨酸蛋白酶基因(ahpA)、腸毒素基因(altA)、抗金屬蛋白酶基因(ast)。藥敏試驗(yàn)結(jié)果顯示,LSHD-1對氧氟沙星、恩諾沙星、諾氟沙星、頭孢曲松、氟苯尼考高度敏感,對磺胺異唑、強(qiáng)力霉素、青霉素G、四環(huán)素表現(xiàn)出較強(qiáng)耐藥性。

關(guān)鍵詞:黑鯛;假交替單胞菌;潰爛病;系統(tǒng)發(fā)育;毒力基因;藥物敏感性

中圖分類號: S941.42 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A

文章編號:1002-1302(2015)04-0229-04

收稿日期:2015-01-04

基金項(xiàng)目:江蘇省水產(chǎn)三新工程項(xiàng)目(編號:D2013-5-2) 。

作者簡介:喬 毅(1987—),男,碩士研究生,主要從事水產(chǎn)養(yǎng)殖病害防治技術(shù)研究。 E-mail:qiaoyishou@yeah.net。

通信作者:萬夕和,研究員,主要從事水產(chǎn)養(yǎng)殖病害防治技術(shù)研究。 E-mail:wxh1708@163.com。

假交替單胞菌屬是1995年Gauthier等根據(jù)細(xì)菌16S rRNA序列發(fā)現(xiàn)有別于假單胞菌(Pseudomonas)和交替單胞菌(Alteromonas)的一個(gè)新屬[1],目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)30多個(gè)種。該菌廣泛分布于海洋沉積物以及共附生在一些海洋動植物中。假交替單胞菌能產(chǎn)生胞外毒素、胞外多糖、胞外酶以及病毒活性物質(zhì)等與致病相關(guān)的多種物質(zhì)[2],是一類條件致病菌。研究表明,假交替單胞菌可感染海水養(yǎng)殖藻類和養(yǎng)殖動物等,引起藻類溶藻、綠斑、黃斑[3-5]等,養(yǎng)殖動物皮膚潰爛[6]等疾病。 黑鯛(Acanthopagrus schlegel)屬于鱸形目鱸亞目鯛科魚類,主要分布在西太平洋區(qū),在我國沿海均有分布,是海水魚養(yǎng)殖主要品種之一。近年來,江蘇沿海地區(qū)黑鯛在養(yǎng)殖過程中經(jīng)常發(fā)生皮膚潰爛,并出現(xiàn)不同程度的死亡,給黑鯛養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)帶來嚴(yán)重威脅。2012年4月,江蘇省海水增養(yǎng)殖技術(shù)及種苗中心人工養(yǎng)殖黑鯛過程中發(fā)生皮膚潰爛,并出現(xiàn)一定規(guī)模的死亡。本試驗(yàn)從患病魚體分離到1株優(yōu)勢菌LSHD-1,對該菌進(jìn)行了鑒定和毒力基因的研究,并進(jìn)行了藥物敏感性試驗(yàn)。

1 材料與方法

1.1 材料

試菌株LSHD-1,分離自江蘇省海水增養(yǎng)殖技術(shù)及種苗中心的池塘養(yǎng)殖患皮膚潰爛病黑鯛,該菌株已通過回復(fù)感染證實(shí)為該病的病原菌。

2216E培養(yǎng)基、細(xì)菌微量生化鑒定管、水解酪蛋白瓊脂(MH瓊脂)、質(zhì)控菌(大腸桿菌ATCC25922)及藥敏試紙購自杭州天和微生物試劑有限公司;Premix Taq酶、DNA marker購自TaKaRa公司;引物(16S rRNA,毒力基因)由生工生物工程(上海)股份有限公司合成;其他試劑均為分析純。

1.2 方法

1.2.1 形態(tài)結(jié)構(gòu)觀察 用接種環(huán)挑取少量細(xì)菌在載玻片上涂片固定,革蘭氏染色,油鏡觀察形態(tài)。挑取單菌落細(xì)菌用海水制成菌懸液,吸取1滴置于銅網(wǎng)膜上,通過醋酸鈾染色,日立H-300型透射電子顯微鏡觀察。

1.2.2 生理生化試驗(yàn) 參照《常見細(xì)菌系統(tǒng)鑒定手冊》和《Bergeys Manual of Determinative Bacteriology》進(jìn)行生理生化試驗(yàn)。

1.2.3 細(xì)菌16S rRNA基因擴(kuò)增 挑取單菌落于裝有 100 μL 滅菌去離子水的1.5 mL EP管中,煮沸10 min,4 ℃ 10 000 r/min離心5 min,上清即為聚合酶鏈反應(yīng)(polymerase chain reaction,PCR)模板DNA,-20 ℃保存?zhèn)溆谩2捎猛ㄓ靡飻U(kuò)增16S rRNA基因序列與測序,正向引物27F(5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′),反向引物1492R(5′-GGTT ACCTTGTTACGACTT-3′)。25 μL反應(yīng)體系:12.5 μL Premix Taq酶,正、反向引物各1 μL,模板DNA 1 μL,ddH2O補(bǔ)足25 μL。反應(yīng)條件:94 ℃5 min;94 ℃30 s,54 ℃30 s,72 ℃ 1.5 min,35個(gè)循環(huán);72 ℃10 min。PCR產(chǎn)物經(jīng)1%瓊脂糖電泳(120 V,35 min)檢測目的片段(約1 500 bp)后,送生工生物工程(上海)股份有限公司測序。

1.2.4 系統(tǒng)發(fā)育分析 利用National Center for Biotechnology Information(NCBI)數(shù)據(jù)庫中blast對LSHD-1細(xì)菌16S rRNA序列進(jìn)行相似性比較。使用ClustalX2.0軟件與從GenBank數(shù)據(jù)庫中獲得序列相似性較高的序列進(jìn)行多序列比對,通過MEGA4(molecular evolutionary genetics analysis,MEGA)軟件采用鄰接建樹法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹,并通過Bootstrap法(1 000次)檢驗(yàn)。

1.2.5 毒力基因檢測 通過PCR對LSHD-1菌黏附侵襲位點(diǎn)基因(ail)、耐熱腸毒素基因(ystB)、黏附素基因(yadA)、毒力活化因子(virF)、P4噬菌體整合酶基因(intB)、氣溶素基因(aerA)、溶血素基因(hlyA)、絲氨酸蛋白酶基因(ahpA)、腸毒素基因(altA)以及抗金屬蛋白酶基因(ast)進(jìn)行擴(kuò)增。擴(kuò)增條件:ail、ystB、yadA、virF、intB按照94 ℃預(yù)變性4 min;94 ℃ 變性45 s、退火45 s(退火溫度見表1),72 ℃延伸40 s,35個(gè)循環(huán);72 ℃終延伸5 min。aerA、hlyA、ahpA、altA、ast基因94 ℃預(yù)變性5 min;94 ℃變性30 s、退火30 s(退火溫度見表1),72 ℃延伸30 s,35個(gè)循環(huán);72 ℃終延伸10 min。PCR產(chǎn)物經(jīng)1%瓊脂糖電泳檢測結(jié)果。endprint

表1 檢測的毒力基因引物序列及反應(yīng)條件

基因名稱 引物序列(5′→3′) 長度

(bp) 退火溫度

(℃)

Ail[7] F:TAATGTGTACGCTGCGAG;R:GACGTCTTACTTGCACTG; 351 50

ystB[7] F:CTTCAGATACTGGTGTCGCTGT;R:ATGCCTGACTAGAGCGATATCC 200 56

yadA[7] F:GGCAGAACAGCAGTCAGACATA;R:GGTGAGCATAGAGAATACGTCG 800 56

virF[7] F:GTACATTAGGCCAAGAGACG;R:GCAACATACCTCACAACACC 561 45

intB[7] F:TGCGCCATGCGGTCCATC;R:GGTGCATAAGATTCTCGG 714 50

aerA[8] F:CAAGAACAAGTTCAAGTGGCCA;R:ACGAAGGTGTGGTTCCAGT 309 57

hlyA[9] F:TGACAGGCAAGTAGAATAACGC;R:TGTCCGCTTTCCACTCCC 1 815 53

ahpA[10] F:GTTAGGCGTTGGCAATCTCG;R:CGCTGGAGTAGGAGGAACG 874 60

altA[11] F:ATCGTCAGCGACAGCTTCTT;R:CTCATCCCTTGGCTTGTTGT 442 58

ast[12] F:TGACCCAGTCCTGGCACGGC;R:GCTGATCGATCACCACCAGC 504 57

1.2.6 藥物敏感性試驗(yàn) 選擇磺胺異唑、強(qiáng)力霉素、氧氟沙星、青霉素G、恩諾沙星、新霉素、頭孢曲松、四環(huán)素、紅霉素、諾氟沙星、氟苯尼考藥敏試紙片對LSHD-1進(jìn)行敏感性試驗(yàn),采用世界衛(wèi)生組織推薦的K-B紙片瓊脂擴(kuò)散法進(jìn)行,結(jié)果按敏感(S)、中敏(I)、耐藥(R)報(bào)告[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 細(xì)菌形態(tài)學(xué)特征

LSHD-1菌落在2216E瓊脂平板上為淺黃色,凸透鏡狀,表面光滑濕潤有光澤,邊緣完整,不透明,圓形。革蘭氏染色陰性,呈短桿狀(圖1)。負(fù)染后電鏡觀察,菌體呈短桿狀,極端單鞭毛(圖2)。

2.2 生理生化特征

LSHD-1菌氧化酶試驗(yàn)陽性,L-鳥氨酸、L-精氨酸、L-賴氨酸和L-色氨酸反應(yīng)陰性(表2),結(jié)合伯杰氏手冊,該生理生化結(jié)果與假交替單胞菌基本符合。

2.3 分子生物學(xué)鑒定及系統(tǒng)發(fā)育學(xué)分析

PCR擴(kuò)增LSHD-1菌16S rRNA基因獲得1條清晰的條

表2 LSHD-1生理生化試驗(yàn)

反應(yīng)(酶) 結(jié)果 反應(yīng)(酶) 結(jié)果

鳥氨酸脫羧酶 - 吲哚(產(chǎn)生) -

精氨酸雙水解酶 - N-乙酰-β-葡萄糖苷酶 +

賴氨酸脫羧酶 - β-半乳糖苷酶 -

脲酶 - 葡萄糖(產(chǎn)酸) -

L-阿拉伯糖醇(產(chǎn)酸) - 蔗糖(產(chǎn)酸) -

半乳糖羧鹽(產(chǎn)酸) - L-阿拉伯糖(產(chǎn)酸) -

5酮基-葡萄糖酸(產(chǎn)酸) - D-阿拉伯醇(產(chǎn)酸) -

肢酶 - α-葡萄糖苷酶 +

酚紅(產(chǎn)酸) - α-半乳糖苷酶 -

β-葡萄糖苷酶 + 海藻糖(產(chǎn)酸) -

甘露醇(產(chǎn)酸) - 鼠李糖(產(chǎn)酸) -

麥芽糖(產(chǎn)酸) - 肌醇(產(chǎn)酸) -

側(cè)金盞花醇(產(chǎn)酸) - 纖維二糖(產(chǎn)酸) -

帕拉金糖(產(chǎn)酸) - 山梨醇(產(chǎn)酸) -

β-葡萄糖酸苷酶 - 麥芽糖苷酶 -

丙二酸 - L-天冬氨酸芳胺酶 +

帶,經(jīng)測序后發(fā)現(xiàn)為1 438個(gè)堿基的基因片段,將該序列在NCBI數(shù)據(jù)庫進(jìn)行blast分析對比,發(fā)現(xiàn)LSHD-1與假交替單胞菌殺魚亞種的同源性最近,達(dá)99%。將測得序列與GenBank中已登錄的16S rRNA序列進(jìn)行匹配排列,構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹,結(jié)果LSHD-1與假交替單胞菌殺魚亞種聚為1支(圖3)。

2.4 毒力基因檢測結(jié)果

PCR擴(kuò)增LSHD-1細(xì)菌毒力基因,經(jīng)電泳檢測發(fā)現(xiàn):altA、ail、intB、ahpA、ast、virF、hlyA基因(圖4、圖5)出現(xiàn)相應(yīng)大小的條帶,其中絲氨酸蛋白酶基因(ahpA)條帶最為清晰,altA、intB、virF條帶比較清晰,ail、ast、hlyA條帶相對較弱。

2.5 藥物敏感性試驗(yàn)

藥敏試驗(yàn)結(jié)果表明,LSHD-1菌對氧氟沙星、恩諾沙星、頭孢曲松、諾氟沙星、氟苯尼考敏感;對磺胺異唑、強(qiáng)力霉素、青霉素G、四環(huán)素表現(xiàn)出耐藥;磺胺異唑和青霉素G對LSHD-1菌的抑菌效果較差(表3)。

3 討論

假交替單胞菌是海洋中常見的細(xì)菌,隨著海水養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展,假交替單胞菌受到廣泛的關(guān)注和研究。目前,日本有關(guān)

于假交替單胞菌引起海帶(Laminaria)孢子體紅點(diǎn)病[14]和孔爛癥[15]的報(bào)道,我國也有假交替單胞菌引起條斑紫菜(Porphyrae yezoensis)綠斑病[4]和黃斑病[5]的報(bào)道;Pujalte等從患病的海鱸體內(nèi)分離到1株P(guān)seudoalteromonas undina,試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其毒性較弱,但是在養(yǎng)殖環(huán)境惡化時(shí)引起金頭鯛和海鱸患病[16];國內(nèi)大量研究表明,假交替單胞菌可引起刺參(Apostichopus japonicus)腐皮病[17-19]、潰瘍病[20]等;喬遷等報(bào)道假交替單胞菌引起七帶石斑魚(Epinephelus septemfasciatus)皮膚潰爛[21];白雪松等從群體死亡日本對蝦(Penaeus japonicus)蚤狀幼體中分離到1株致病菌,經(jīng)鑒定為Pseudoalteromonas lipolytica[22]。本試驗(yàn)從患病黑鯛病灶處分離到1株優(yōu)勢菌LSHD-1, 革蘭氏染色和透射電鏡觀察結(jié)果與假交替單胞菌endprint

表3 LSHD-1藥物敏感性試驗(yàn)結(jié)果

藥敏試紙

名稱 藥物含量

(μg/片)

抑菌圈大小(mm)

ATCC25922 LSHD-1

敏感性

磺胺異唑 300 24.6 0 R

強(qiáng)力霉素 30 18.4 8.0 R

氧氟沙星 5 31.5 23.4 S

青霉素G 10 15.7 0 R

恩諾沙星 15 38.0 26.6 S

新霉素 30 23.5 16.7 I

頭孢曲松 30 34.0 27.9 S

四環(huán)素 30 21.5 13.5 R

紅霉素 15 35.6 15.8 I

諾氟沙星 10 24.3 18.7 S

氟苯尼考 30 34.6 22.4 S

的特征基本一致;根據(jù)生理生化表型特征,LSHD-1菌與假交替單胞菌相似度最高;另外,LSHD-1細(xì)菌的16S rRNA基因序列在NCBI數(shù)據(jù)庫中通過blast同源性檢索,基因序列與假交替單胞菌殺魚亞種的同源性最高,達(dá)到99%,從基因系統(tǒng)發(fā)育樹來看,LSHD-1與假交替單胞菌殺魚亞種聚為1支。綜合LSHD-1的形態(tài)學(xué)特征、生理生化和分子生物學(xué)鑒定結(jié)果,認(rèn)為LSHD-1為假交替單胞菌殺魚亞種。

黑鯛在養(yǎng)殖過程中,相關(guān)報(bào)道過有擬態(tài)弧菌(Vibrio mimicus)引起的幼魚腹水病[23]、哈維氏弧菌(Vibrio harveyi)[24]與遲緩愛德華氏菌(Edwardsiella tarda)[25]引起的大規(guī)模死亡。假交替單胞菌殺魚亞種感染黑鯛的研究未見報(bào)道,毒力人工回感試驗(yàn)結(jié)果表明,該株菌為引起黑鯛尾鰭基部潰爛病的病原菌;通過擴(kuò)增LSHD-1菌的毒力基因,結(jié)果檢測到黏附侵襲位點(diǎn)基因(ail)、毒力活化因子(virF)、P4噬菌體整合酶基因(intB)、溶血素基因(hlyA)、絲氨酸蛋白酶基因(ahpA)、腸毒素基因(altA)、抗金屬蛋白酶基因(ast)。ail基因能夠編碼對宿主產(chǎn)生高度黏附并保護(hù)細(xì)菌不被宿主免疫系統(tǒng)殺滅的小分子黏附蛋白[26],目前,ail基因在小腸耶爾森氏菌中研究較多[7,27-28],有學(xué)者甚至認(rèn)為,可將ail基因作為小腸耶爾森氏菌致病性指示基因[29];ahpA基因是細(xì)菌重要的致病基因之一,其主要在病原入侵過程中通過活化毒力因子間接發(fā)揮作用[30],張璐等利用缺失突變法構(gòu)建遲緩愛德華氏菌ahpA基因突變菌株,通過與野生菌株的侵染試驗(yàn)的比較,認(rèn)為ahpA基因?qū)t緩愛德華氏菌前期侵染宿主有關(guān)[31],朱大玲等研究表明,ahpA基因陽性的嗜水氣單胞菌(Aeromonas hydrophila)為有毒菌[32];hlyA基因是多數(shù)致病細(xì)菌的常見基因,關(guān)于其在致病過程中所起的作用,付喬芳等認(rèn)為,hlyA基因與嗜水氣單胞菌的致病力關(guān)系不大[33],但黃鈞等發(fā)現(xiàn)攜帶hlyA基因的氣單胞菌致病力增強(qiáng)[34];virF基因是編碼毒力基因的調(diào)控因子[35],在細(xì)菌致病性中起著重要作用,altA、ast基因在已有報(bào)道中證實(shí)與致病性關(guān)系不大[33]。本試驗(yàn)還擴(kuò)增到intB基因,與茍小蘭等的試驗(yàn)結(jié)果[7]一致,說明LSHD-1染色體上存在高致病性毒力島。綜上可以推斷,本試驗(yàn)分離的致病性殺魚假交替單胞菌的致病力可能主要由ail、ahpA、virF、intB基因決定。毒力基因的量、毒力基因的表達(dá)機(jī)理以及毒力基因間的相互作用與致病性的關(guān)系非常復(fù)雜,引起黑鯛的致病機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。

LSHD-1藥物敏感性試驗(yàn)結(jié)果與喬遷等的研究結(jié)論[21-22]基本一致,氧氟沙星、恩諾沙星、諾氟沙星、頭孢曲松、氟苯尼考對LSHD-1有較好的抑菌效果;該菌對磺胺異唑、強(qiáng)力霉素、青霉素G、四環(huán)素表現(xiàn)出較強(qiáng)耐藥性。但是總體藥物敏感性比淡水菌敏感,這可能是因?yàn)楹KB(yǎng)殖抗菌藥物使用的頻率不高,細(xì)菌在沒有抗菌素環(huán)境壓力下保持了較高的藥物敏感性。該菌的藥物敏感性試驗(yàn)結(jié)果可為防治該菌引起的水生動物疾病提供借鑒和參考。

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