廣西某市屠宰豬淋巴結豬圓環病毒3型的病原檢測及遺傳演化分析

季程遠，王蔚怡，馮選榕，姚 靜，黃 欣，馮園青，覃一峰，方慶勵，陳 櫻，歐陽康，韋祖樟，黃偉堅(廣西大學動物科學技術學院，南寧 530004)

豬圓環病毒(porcine circovirus，PCV)是一種呈二十面體對稱、無囊膜的單股環狀負鏈DNA病毒。它是迄今為止發現的最小的動物病毒，成熟的病毒粒子平均直徑約為17 nm[1-2]。PCV主要分為三種血清型，PCV1、PCV2和PCV3。PCV1基因組序列為1 759 bp，包含7個開放閱讀框(ORFs)，即ORF1～ORF7；PCV2基因組序列為1 767或1 768 bp，包含11個開放閱讀框，即ORF1～ORF11[3]。各個開放閱讀框之間大小相距甚多，正鏈上包括ORF1、ORF5、ORF7、ORF10，負鏈上包括ORF2、ORF3、ORF4、ORF6、ORF8、ORF9、ORF11，雖然圓環病毒非常短小，但是這些開放閱讀框之間會有部分堿基重疊，這樣就可以充分利用病毒有限的遺傳物質；PCV3基因組序列為2 000 bp，目前只確定了ORF1和ORF2，對于它的更多的開放閱讀框作用功能還沒有定論[4-5]。ORF1主要負責與病毒復制相關蛋白的編碼(Rep蛋白)，ORF2主要負責病毒衣殼蛋白的編碼(Cap蛋白)[6]。

PCV1雖普遍存在于豬群中，但是對豬沒有致病性[7]；PCV2被認為是斷奶仔豬綜合征(postweaning multisystemic wasting syndrome，PMWS)的主要病原，導致斷奶仔豬生長緩慢，消瘦等，甚至一些呼吸道疾病、腸道疾病、繁殖障礙等也被證實與PCV2相關[8-10]；PCV3是2016年新發現的豬環狀病毒，與豬皮炎腎病綜合征(porcine dermatitis and nephropathy syndrome)相關，且會導致母豬死亡率和流產率升高[11]。

為了解PCV3在健康豬群中的感染情況，本研究對廣西某市屠宰場健康豬淋巴結進行PCR檢測。對陽性樣品進行全序列擴增并分析比對序列，進一步了解PCV3的遺傳變異情況，為廣西地區PCV3的研究提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 樣品采集 2017年6月—2017年8月來自廣西某市屠宰場的淋巴結181份，進行PCV3檢測。

1.1.2 主要試劑 PCR用預混酶購自Vazyme；DH5α感受態細胞、DNA抽提試劑盒購自康為世紀公司；氨芐西林鈉粉末購自Soarbio；pMD18-T載體、BanHⅠ內切酶 、Hind Ⅲ內切酶、DNA MarkerDL2000購自TaKaRa；DNA純化、質粒小提試劑盒購自OMEGA。

1.2 方法

1.2.1 引物設計 PCV3的檢測引物是根據PCV3基因上保守片段設計的一對引物命名為PCV3-2F/PCV3-1R，PCR擴增長度為649 bp；PCV3全基因引物分為PCVG2-F/G2-R和PCVG4-F/G4-R，PCR擴增長度分別是1 075和1 337 bp。引物使用終濃度為10 pmol·μL-1，稀釋后-20 ℃保存。引物序列和片段長度如表1所示。

表1本研究所用引物列表

Table1Listofprimersusedinthisstudy

引物名稱Primers引物序列(5′→3′)Sequence片段長度/bpProductsizePCV3?2F/1RACTTAGAGAACGGACTTGTAACGAA649AAATGAGACACAGAGCTATATTCAGPCVG2?F/G2?RTTGCACTTGTGTACAATTATTGCG1075ATCTTCAGGACACTCGTAGCACCACPCVG4?F/G4?RTCCACGGAGGTCTGTAGGG1337GATTCGTTACAAGTCCGTTCTC

1.2.2 病毒基因組DNA提取 取適量送檢組織病料置于碾缽中充分碾磨至糊狀，加入2～3 mL滅菌PBS(pH 7.42)混勻，將混合液吸至干凈的1.5 mL EP管中，置于-80 ℃冰箱反復凍融3次。按照DNA提取試劑盒說明書，提取病毒基因組DNA，提取的DNA置于-20 ℃保存備用。

1.2.3 DNA純化回收及重組質粒鑒定 DNA純化回收按照試劑盒說明步驟操作，將膠回收產物與pMD18-T載體按其說明書進行連接，轉化入DH5α感受態細胞。挑選單個菌落接種含有Amp(100 μg·mL-1)的LB培養基，放入37 ℃恒溫搖床中以200 r·min-1培養12～14 h。按質粒小提試劑盒進行質粒抽提，用BamHⅠ、Hind Ⅲ內切酶對質粒酶切鑒定，將酶切鑒定正確的質粒送往上海杰李生物有限公司測序。

1.2.4 序列比對分析 通過DNAStar軟件編輯測序結果，將剪輯完成的核苷酸片段放到NCBI-Blast網站上進行比對，得到的結果進行初步分析。

2 結 果

2.1 淋巴結中PCV3病原檢測

對于廣西某市屠宰豬181份淋巴結進行PCV3的病原檢測， PCV3電泳結果表明，陽性條帶在650 bp左右，與預期片段相一致，如圖1。其中PCV3陽性共44份。

1～3.擴增的目的片段;N.陰性對照;M. DL2000 DNA相對分子質量標準1-3.PCR product of fragments of PCV3; N. The negative sample; M. DNA marker (DL2000)

圖1 PCV3檢測結果Fig.1 The detecting results of PCV3

2.2 PCV3全基因的擴增

用引物PCVG2F/R、PCVG4F/R對已經確認為PCV3陽性的樣品進行全基因擴增，分別得到長度約為1 100和1 300 bp的片段，與預期片段相一致，見圖2、3。

2.3 PCV3 全基因核苷酸序列的遺傳演化分析

運用MEGA5.2軟件將本研究的6株PCV3全基因核苷酸序列與國內外26株PCV3全基因序列共同建立遺傳演化樹，結果如圖4。從圖中可以看出，世界各地的PCV3毒株主要分為兩大分支，其中有4株(GXDX2-14、GXDX2-2、GXDX1-82和GXDX2-15)位于其中一個分支，GXDX2-4和GXDX2-1位于另外一個分支。其中GXDX2-15毒株雖然和GXDX2-14、GXDX2-2、GXDX1-82這三株位于同一大的分支，但是與他們的距離比較遠，說明它們的親緣關系可能有點遠，其獨立在一個小分支上，反而和另一大分支上的GXDX2-4距離比較近。

1、2.擴增的目的片段;N. 陰性對照;M. DL2000 DNA相對分子質量標準1, 2. PCR product of fragments of PCV3 genome; N.The negative sample; M. DNA marker (DL2000)

圖2 PCV3-G2的克隆Fig.2 Clones of the PCV3-G2

1～3.擴增的目的片段;N. 陰性對照;M. DL2000 DNA相對分子質量標準1-3. PCR product of fragments of PCV3 genome; N.The negative sample; M. DNA marker (DL2000)

圖3 PCV3-G4的克隆Fig.3 Clones of the PCV3-G4

●.本研究所獲的PCV3全序列；■.首條PCV3全序列●. Full sequence of the PCV3 obtained by this study; ■. The complete sequence of the first PCV3

圖4 PCV3 全基因核苷酸序列的遺傳演化樹Fig.4 Genetic phylogenetic tree of PCV3 complete gene nucleotide sequence

2.4 國內外PCV3全基因序列進行同源性分析

運用MegAlign軟件將本研究所獲的6株PCV3全基因序列與國內外26株PCV3全基因序列進行同源性比較，結果發現本研究得到的6株PCV3毒株之間相似性最高，在98.6%～99.4%，其中GXDX2-14與GXDX2-15相似性為99.4%，相似性較低的是GXDX1-82與GXDX2-1、GXDX1-82與GXDX2-4。與國內外其他26條PCV3毒株比對結果發現，毒株間相似性最高為99.6%(美國株KX458235.1與GXDX2-14)，相似性最低為98.6%(美國株KX778720與GXDX2-4)。國內外PCV3全基因的相似性在98.6%～99.9%，說明目前世界各國的PCV3全基因序列相似性都比較高，遺傳關系比較近。

2.5 PCV3 ORF2基因核苷酸序列的遺傳進化樹分析

對本研究6株毒株和國內外26株PCV3毒株的ORF2進行遺傳演化的分析，主要是依據ORF2的遺傳演化情況來對PCV3進行分型。ORF2基因與全基因生成的進化樹有所區別，但從圖6中可以看出，還是主要分為兩大分支。從圖中可以發現GXDX2-1、GXDX2-4、GXDX2-14和GXDX2-15同處于一大分支上，其中GXDX2-14和GXDX2-15與美國株KX458235.1、韓國株KY996345.1同處于一個小的分支，GXDX2-1和GXDX2-4同處于一個小的分支,在同一分支的還有三株韓國株KY996343.1、KY996339.1、KY996341.1，說明它們具有更近的親緣性。GXDX2-14和GXDX2-15在一個小分支上，與它們遺傳距離較近的有美國株KX458235.1、韓國株KY996345.1。GXDX1-82、GXDX2-2和美國株KX778720、韓國株KY996337.1、中國湖北株KY354038處于同一大分支上，分為二亞型，親緣性較近；而GXDX1-82和GXDX2-2又同處于一個小的分支下，親緣性更為接近。

圖5 國內外PCV3全基因核苷酸序列同源性分析Fig.5 Homology analysis of nucleotide sequence of PCV3 whole gene at worldwide

●.本研究所獲的PCV3 ORF2 序列；■.首次發現的PCV3 ORF2序列●. ORF2 sequence of the PCV3 obtained by this study; ■. ORF2 sequence of the first PCV3

圖6 PCV3 ORF2基因核苷酸序列的遺傳進化樹Fig.6 Genetic evolution of the nucleotide sequence of the PCV3 ORF2 gene

2.6 國內外PCV3 ORF2基因序列同源性比較

本研究中6株PCV3的ORF2基因序列與國內外26株PCV3的ORF2基因序列進行同源性比較(圖7)，結果發現這6株PCV3毒株的ORF2基因序列之間相似性最高可達99.8%(GXDX2-14與GXDX2-15)，相似性最低為97.2%(GXDX1-82與GXDX2-1)。這6株的ORF2基因序列與國內外其他26株ORF2基因序列比較結果顯示，相似性為97.5%～99.7%。而國內外所有ORF2基因序列相似性比較來看，相似性最高為100%(如中國福建株KY075987和中國河南株KY075988)。

2.7 PCVs ORF2基因的核苷酸序列遺傳演化分析

將本實驗室已有的13條PCV2 ORF2基因和7條PCV3 ORF2基因以及從NCBI下載的PCV1 ORF2基因做成遺傳進化樹，如圖8。從圖中可以看出，PCV1、PCV2和PCV3親緣性都比較遠。雖然PCV1和PCV2都在同大一分支上，但是在分支中距離相差很遠。PCV3在另外一個大分支上，且明顯與其他兩個型距離更遠。說明PCV1、PCV2和PCV3三個基因型遺傳關系都比較遠。

2.8 PCVs Cap蛋白的同源性比較

圖9中1～4株為PCV1 Cap蛋白；5～17株為PCV2 Cap蛋白；18～23株為PCV3 Cap蛋白。PCV1 Cap蛋白與PCV2 Cap蛋白之間的相似性為67.2%～69.8%；PCV1 Cap蛋白與PCV3 Cap蛋白之間的相似性為26.1%～27.0%；PCV2 Cap蛋白與PCV3 Cap蛋白之間的相似性為26.5%～29.9%。據此推測PCV2與PCV3交叉保護性極低。

圖7 國內外PCV3 ORF2基因序列相似性比較Fig.7 Comparison of PCV2 ORF2 gene homology at home and abroad

3 討 論

近年來，世界各地生豬養殖業中關于PCV2感染的報道依然層出不窮，其可導致豬免疫功能下降，生長發育受阻，對養豬業造成了巨大額度經濟損失[12]。而在2016年出現的豬圓環病毒新的血清型PCV3，更是給豬圓環病毒的防控增加了難度[13-14]。目前在健康屠宰豬群中關于PCV2的隱性感染已經有所報道，而關于PCV3在健康屠宰豬群中的感染還未有報道。本研究通過調查廣西某市健康屠宰豬群PCV3的感染情況，并對PCV3進行序列分析、比對，以了解病毒的遺傳演化和流行情況，對疾病防控以及疫苗研究等具有重要的指導意義。

本研究克隆得到的6株PCV3全基因組序列長度均為2 000 bp，6株毒株之間相似性為98.6%～99.4%。與國內外其他26條毒株比對發現，相似性為98.6%～99.6%。無論是廣西內PCV3全基因組的相似性比對，還是國內外PCV3全基因組的相似性比對，PCV3毒株之間相似性都非常高。通過構建PCV3全基因的遺傳進化樹可以發現，PCV3主要分為兩大分支，本試驗擴增得到的PCV3全基因在兩大分支中都有分布。PCV3 ORF2基因的相似性為97.2%～100%，相比較PCV2而言，PCV3的相似性更高，更為保守。從PCV3 ORF2基因的遺傳進化樹來看，GXDX2-1、GXDX2-4、GXDX2-14和GXDX2-15同位于一亞型，GXDX1-82與GXDX2-2同位于二亞型。并且在一亞型中，似乎還可以分為兩個基因型，但由于PCV3為新發現病毒，GenBank上的基因序列還不夠多，無法對其下結論。

此外本研究構建了PCV1、PCV2和PCV3全基因核苷酸序列進化樹，從進化樹中可以看出, PCV1和PCV2處于同一大分支，而PCV3處于另一分支。通過對PCVs的Cap蛋白進行同源性分析，發現PCV2 Cap蛋白與PCV3 Cap蛋白之間的相似性僅為26.5%～29.9%，推測PCV2與PCV3交叉保護性極低。目前市場有眾多商品化的PCV2疫苗，對PCV2的防控起到一定的作用，但已有的PCV2疫苗無法對PCV3提供有效的免疫保護作用[15]，所以對PCV3的防控任重而道遠。

●.首次發現的PCV3序列●. Sequence of the first PCV3

圖8 PCVs ORF2基因的核苷酸序列遺傳演化Fig.8 Genetic evolution of the nucleotide sequence of the PCVs ORF2

圖9 PCVs Cap蛋白的相似性比較Fig.9 Comparison of PCVs Cap homology

4 結 論

擴增了6株豬圓環病毒3型全基因組序列，遺傳進化分析可分為兩大型，彼此之間較為保守。通過對PCVs Cap蛋白的同源性進行比對分析，推測 PCV2與PCV3不具有交叉保護性。

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