2016年中國部分地區白斑綜合征病毒高變異區序列的分析比較

蔡 苗，孫新穎，劉慶慧，萬曉媛，黃 倢

（1.青島海洋科學與技術國家實驗室海洋漁業科學與食物產出過程功能實驗室，農業部海水養殖病害防治重點實驗室，青島市海水養殖流行病學與生物安保重點實驗室，中國水產科學研究院黃海水產研究所，山東青島 266071；2.水產科學國家級實驗教學示范中心，上海海洋大學，上海 201306；3.濟南大學前沿交叉科學研究院，濟南 250022）

對蝦養殖作為水產品養殖行業中的重要的組成部分，其發展面臨著水質、氣候以及濫用藥物等一系列問題的威脅，但最主要的還是病害問題，近年來這一問題也呈現出日益嚴重的趨勢［1－3］。白斑綜合征病毒 （white spot syndrome virus，WSSV）是對蝦養殖行業中存在的主要病原之一，自從20世紀90年代首次爆發以來，引起了全球對蝦養殖產業的廣泛關注，同時也對全世界各地的對蝦養殖業帶來了巨大的經濟損失［4］。白斑綜合征病毒是一類無包涵體的具囊膜、一端有尾巴狀結構、桿狀的雙鏈環狀DNA病毒［2］，大小約為300 kb，感染后在數天內死亡率可達100%［5］。2005年國際病毒分類委員會第7次報告提出把 WSSV歸入到線形病毒科（Nimaviridae）白斑病毒屬（Whispovirus），它是此新科中唯一的成員［6］。迄今為止，GenBank上共公布了7個WSSV基因全序列，研究最多的分別有中國大陸株（WSV-CN，KT995472）、中國臺灣株（WSSV-TW，AF440570）和泰國株（WSSV-TH，AY753327），其中泰國株具有目前最大的基因組312 kb，被假定成為祖先株［7］。通過基因組全序列比對發現這3個毒株的基因組序列有約99%的核苷酸保持一致性，存在的主要的差異分別是：1）大片段序列插入／缺失；2）易于發生基因重組的變異區；3）開放性閱讀框（open reading frames，ORFs）內出現的重復單元變化差異（variable number tandem repeat，VNTR）；4）轉座酶基因序列存在與否；5）單核苷酸的缺失、插入及 多 態 性 （single-nucleotide polymorphisms，SNPs）［8－9］。目前應用于 WSSV流行病學研究的主要有 ORF14／15和 ORF23／24的缺失變化，ORF75、ORF94和 ORF125的 VNTR及SNPs［10－12］。有研究表明，在可變區 ORF14／15和ORF23／24上出現的大片段缺失情況與地理位置有關［11］，其中可變區 ORF14／15通過重組逐步形成，而可變區ORF23／24常出現大片段缺失；在ORF75上有兩種重復單元（repeat units，RUs），分別為 45 bp和 102 bp，在第 3、15、30、40、42、44和83個堿基處存在多態性；ORF94上的RUs大小為54 bp，在48位有多態性；而ORF125上的RUs有69 bp，第1、2和倒數第 1個重復單元有其特有的SNP，從第3到倒數第2個重復單元在第 8、18、25、66和 69位堿基具有多態性［9，11］。在之前有關WSSV流行病學的研究中大多只涉及到重復單元的數量，然而對于每個重復單元都可能存在單核苷酸的缺失、插入及多態性。因此僅僅考慮重復單元的數量而忽略單核苷酸多態性則可能得不到理想的流行病學調查結果。

本實驗選取2016年1－7月從中國部分地區采集到的47份WSSV陽性樣本，通過特定引物對目的片段進行擴增，繼而進行測序并分析比較不同地區樣本的ORF14／15和ORF23／24序列缺失情況，ORF75、ORF94和 ORF125的 VNTR及SNPs變化情況，并以此來探討WSSV不同毒株間的遺傳進化差異，以期為WSSV分子流行病學研究提供參考資料。

1 材料與方法

1.1 樣本來源

本實驗室于2016年1－7月WSSV病害爆發期間，在山東、河北和浙江3省采集到47份患病樣本，所有實驗樣本采集后均置于－80℃的冰箱冷凍保存。樣本信息見表1。

1.2 病毒核酸提取

取約30 mg鰓組織，進行DNA提取，提取產物置于－20℃備用。

1.3 PCR檢測

按照 GB／T 28630.2－2012白斑綜合征（WSD）診斷規程第2部分套式PCR檢測法對DNA樣本進行WSSV檢測。而后通過1%瓊脂糖凝膠進行電泳分析。

1.4 目的基因擴增

將1.3中檢測呈WSSV陽性的樣本通過特定引物進行擴增，采用25uL的體系：10×PCR反應緩沖液（含 Mg2＋）2.5μL，雙蒸水 17.3μL，dNTP 2μL，正向與反向引物各 0.5μL，Ex Taq DNA聚合酶0.2μL，WSSV模板1μL。PCR擴增中使用的引物與反應條件見表2。

1.5 目的基因克隆及片段分析

將1.4中的陽性PCR產物經瓊脂糖凝膠回收純化后與載體 pMD18-T連接、轉化至TOP10感受態細胞，在LB肉湯培養液中37℃振蕩含1 h復蘇抗性。然后涂在含有氨芐青霉素的平板培養基上，37℃過夜培養。每個平板挑取至少5個單菌落接種于添加氨芐青霉素的LB肉湯培養液中37℃振蕩4 h，取培養物為模板按1.4方法進行鑒定。將PCR鑒定為陽性的菌液全部送到上海生工生物工程技術服務有限公司進行DNA雙向測序。測序結果用DNAMAN 8軟件進行序列比對分析，ORF14／15和ORF23／24片段分別與泰國株（TH-96-II）和中國臺灣株（TW）比對［13］，分析序列缺失情況；ORF75、ORF94和ORF125測序結果進行VNTR以及SNPs分析［12］。

2 結果與分析

2.1 套式PCR結果

WSSV病害暴發區采集到47份樣本中，共有33份樣本在第1輪擴增中呈現WSSV陽性，其余14份樣本均在第2輪擴增中呈現陽性。

表1 樣本采集信息及ORF75、ORF94和ORF125重復單元數目Tab.1 Samples information and repeat units（RUs）present in ORF75，ORF94 and ORF125

表2 PCR擴增引物以及反應條件Tab.2 PCR primers and cycling conditions

2.2 目的基因擴增結果

在WSSV樣本擴增中有23份樣本（2#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、13#、15#、17#、19#、34#、35#、36#、37#、38#、39#、40#、41#、42#、43#、44#、45#）出現ORF14／15的目的條帶，成功擴增樣品比率為48.94%，其中13#、15#和19#樣本的目的條帶與其它條帶相比片段明顯大，山東濱州、河北秦皇島和浙江寧波、湖州地區樣本未有陽性條帶出現（圖1）。而在ORF23／24擴增中，有10份樣本（6#、13#、19#、28#、29#、34#、35#、36#、40#、41#）有目的條帶檢出，檢出率為21.28%，條帶大小相差不明顯，山東青島、濱州和浙江寧波、湖州地區的樣本均未檢出（圖2）。在ORF75擴增中，除了山東青島、濱州，河北黃驊、秦皇島和浙江寧波、湖州的樣本外，共有 8份樣本（13#、15#、19#、34#、35#、36#、40#、41#）出現相應的陽性條帶，檢出率為17.02%，13#、15#、19#樣本目的條帶較之其它條帶偏大（圖3）。在ORF94擴增中，有13份樣本（12#、13#、14#、15#、16#、18#、19#、25#、39#、40#、41#、42#、45#）出現相應目的條帶，山東青島、濱州，河北黃驊和浙江湖州樣本未檢出，檢出率為27.66%（圖4）。在ORF125擴增中，共有20個樣本（6#、13#、14#、15#、16#、18#、19#、28#、29#、30#、31#、34#、35#、36#、37#、38#、39#、40#、41#、42#）檢出，檢出率為42.55%，而山東青島、濱州和浙江湖州的樣本未檢出（圖5）。

圖1 ORF14／15的擴增結果Fig.1 Amplification result of ORF14／15注：M：DNA Maker DL 2000；（＋）陽性對照，（-）陰性對照；1～47：樣本編號Note：M：DNA Maker DL 2000；（＋）positive control，（-）negative control；1～47：number of samples

圖2 ORF23／24的擴增結果Fig.2 Amplification result of ORF23／24注：M：DNA Maker DL 2000；（＋）陽性對照，（-）陰性對照；1～47：樣本編號Note：M：DNA Maker DL 2000；（＋）positive control，（-）negative control；1～47：number of samples

圖3 ORF75的擴增結果Fig.3 Amplification result of ORF75注：M：DNA Maker DL 2000；（＋）陽性對照，（-）陰性對照；1～47：樣本編號Note：M：DNA Maker DL 2000；（＋）positive control，（-）negative control；1～47：number of samples

圖4 ORF94的擴增Fig.4 Amplification of ORF94注：M：DNA Maker DL 2000；（＋）陽性對照，（-）陰性對照；1～47：樣本編號Note：M：DNA Maker DL 2000；（＋）positive control，（-）negative control；1～47：number of samples

圖5 ORF125擴增Fig.5 Amplification of ORF125注：M：DNA Maker DL 2000；（＋）陽性對照，（-）陰性對照；1～47：樣本編號Note：M：DNA Maker DL 2000；（＋）positive control，（-）negative control；1～47：number of samples

2.3 序列比對

在ORF14／15擴增中，共得到4種大小不同的片段，即1 260 bp（山東青島、河北黃驊）、1 270 bp（河北黃驊、唐山、滄州）、1 850 bp（河北唐山）和2 660 bp（山東日照、河北滄州），通過與該片段最為完整的TH-96-II（AY753327）進行序列比對，分別缺失 6 540 bp、6 530 bp、5950 bp和5 140 bp（圖6）。在ORF23／24擴增中共得到3種片段，分別是1 137 bp（河北黃驊、山東日照）、1 140 bp（河北滄州、秦皇島）和1 265 bp（河北唐山），同此段區域最完整的中國臺灣株［TW（AF440570）］進行序列比對，缺失長度分別為12 073 bp、12 070 bp、11 945 bp（圖7）。

圖6 WSSV不同毒株ORF14／15序列比對Fig.6 Sequence alignment of ORF14／15 in different WSSV strains注：KR：韓國株（JX515788）；TH：泰國株（AF369029）；TW：中國臺灣株（AF440570）；CN：中國株（AF332093）.兩側的矩形表示擴增出的序列，括號內數字表示擴增出片段的大小，中間的虛線表示與TH-96-II毒株序列比對缺失的序列Note：KR：South Korean plant（JX515788）；TH：Thai strain（AF369029）；TW：China Taiwan strain（AF440570）；CN：China plant（AF332093）.Rectangles indicate sequences amplified by ORF14／15，figures in the bracket indicate the length of the amplified fragments，the dotted lines indicate sequences deletions compared with the TH-96-II strain

圖7 WSSV不同毒株ORF23／24區域的序列比對Fig.7 Sequence alignment of ORF23／24 in different WSSV strains注：兩側的矩形表示擴增出的序列，括號內數字表示擴增出片段的大小，中間的虛線表示與TW毒株序列比對缺失的序列Note：Rectangles indicate sequences amplified by ORF23／24，figures in the bracket indicate the length of the amplified fragments，the dotted lines indicate sequences deletions compared with the TW strain

在ORF75擴增中，出現了4種大小不一的片段，分別為2 503 bp、2 310 bp、2 341 bp和 1 739 bp，將片段與重復單元比對可知，RUs數目分別為11（山東日照）、8（山東日照）、10（河北滄州）、3（河北唐山）（圖8）。ORF94擴增中，共擴增出5種片段，分別為 590 bp、698 bp、749 bp、916 bp、1 078 bp，RUs數目分別為 5（河北秦皇島）、7（河北滄州、唐山）、8（山東日照）、11（浙江寧波、山東日照）、14（山東日照、河北唐山）（表 1）。VNTR和SPNs分析顯示，含有5個RUs的ORF94片段在48位的堿基為 T、T、T、T、T，含有 7個 RUs的ORF94在48位的堿基為 T、G、G、G、G、T、T，含有8個RUs的ORF94片段在48位的堿基為T、T、T、T、T、T、T、T，含有 11個 RUs的 ORF94片段在48位的堿基為 T、T、T、T、T、T、G、T、G、T、T，而含有14個RUs的ORF94在48位的堿基為T、T、T、T、G、G、T、G、G、T、T、T、T、T（表 3）。在 ORF125擴增中，共得到3種不同的片段，分別為652 bp、721 bp和790 bp，RUs數目分別為4（山東日照、河北唐山）、5（河北黃驊、滄州、秦皇島、唐山）、6（山東日照、浙江寧波、河北滄州、唐山）。在ORF125的所有VNTR類型中，不考慮3個特殊RUs，結果顯示所有類型在8、18、25、66和69位置的堿基均為 G、G、G、G和 A；而在 9、50、53、61和63位堿基上出現了4種變異（表4）。

圖8 ORF75區域RUs情況Fig.8 The RUs of ORF75 region注：黑長方體代表45 bp的重復單元，紅長方體代表102 bp的重復單元Note：The black cubes represent 45 bp RUs and the red cubes represent 102 bp RUs

表3 ORF94區域各重復單元在48位的單核苷酸多態性Tab.3 Single-nucleotide polymorphisms（SNPs）patterns at position 48 of ORF94 region

表4 ORF125區域各重復單元在9、50、53、61和63位點的單核苷酸多態性Tab.4 Single-nucleotide polymorphisms（SNPs）patterns at position 9，50，53，61 and 63 of ORF94 region

3 討論

本研究取用2016年1－7月從我國3省9市包括山東的青島、日照和濱州，河北的黃驊、滄州、秦皇島和唐山，浙江的寧波和湖州的發病地區采集到的47份WSSV陽性樣本，以特定的引物擴增目的片段，通過測序分析不同樣本的缺失及變異情況。序列比對結果顯示，在開放閱讀框ORF14／15的擴增中，分別有6 540 bp、6 530 bp、5 950 bp和5 140 bp的片段缺失，最大程度的缺失為6 540 bp，出現在山東青島、河北黃驊地區的樣本中，本實驗室孫新穎等［14］在研究中發現，河北黃驊、曹妃甸、浙江溫州和廣東江門地區的樣本也出現相同的缺失片段；河北黃驊、唐山、滄州的樣本得到了缺失6 530 bp的片段，本實驗室孫新穎等［15］在2013年和2014年的樣本中均得到相同的缺失情況；本實驗中河北唐山樣本中出現了缺失程度為5 950 bp的片段，這與TANG等［16］對于馬達加斯加島、莫桑比亞和查特阿拉伯地區毒株的實驗結果一致，HOA等［17］對印度和越南南部地區毒株的調查中也出現了同樣的結果。山東日照和河北滄州樣本擴增中得到了最大片段，長度為2 660 bp，缺失片段為5 140 bp，與中國臺灣株（TW）僅僅相差兩個堿基。

在ORF23／24擴增中，共得到3種PCR擴增產物，分別為1 137 bp、1 140 bp和1 265 bp，1 137 bp片段與1 140 bp片段相比，保留了9個堿基的一段GATTTCATC序列，而缺少12個堿基的一段AGAGGAAGAAGA序列。已報道中國臺灣株（TW）的ORF23／24片段最為完整，因此通常將ORF23／24與TW進行比對。目前，已知泰國株具有最大的缺失片段為13 120 bp，韓國株缺失程度居中，為5 654 bp，而中國株缺失片段最小，僅1 169 bp。本研究中出現的3種缺失情況，分別為 12 073 bp、12 070 bp、11 945 bp，均屬于較大程度的片段缺失，其中12 070 bp的缺失片段也分別出現在2013年和2014年的樣本中［14－15］。在MARKS等［18］和 ZWART等［19］的研究中發現缺失大片段后保留的短片段在復制時往往具有優勢，可能與自身的毒力有關。

在各地區樣本的ORF75中，重復單元數目差異比較明顯，而相同地區樣本之間也存在差異，例如同樣是山東日照樣本，RUs數目存在11和8兩種情況；河北唐山樣本所含的RUs數目最少，僅為3，這也在同年安徽池州的克氏原螯蝦（Procambarus clarkii前國內外報道的最小的ORF75 RUs組合，該組合為102 bp、45 bp和45 bp，與安徽池州的克氏原螯蝦的3RUs一致，其它地區樣本ORF75 RUs組合均以45 bp、102 bp和45 bp開始，這與大多已報道的毒株結果類似［20－23］；從圖 8可以看出，某些 RUs的位置存在保守性，相似片段可能是由于變異得到。

在ORF94擴增中，河北秦皇島的樣本得到了最小的片段，為590 bp，有5個 RUs，最大片段1 078 bp中有14個RUs，這表明相同地區樣本中的RUs也有差異。HOA等［17］在對印度和越南的WSSV毒株的研究中發現病害爆發區的WSSV ORF94 RUs數目大多都小于 8。MARKS等［18］發現攜帶多種變異毒株的宿主，經過繁殖1～2代，大多只能檢測到基因組小的毒株，因此推測RU數目少的WSSV更容易在傳播過程中存活而保留下來［20］，這與之前提到的關于 ORF23／24缺失大片段后保留的短片段在復制時往往具有優勢的結論一致。

在ORF125擴增中，共有3種片段，RUs數目為 4、5、6，已有的報道顯示，WSSV ORF125 RUs的第 8、18、25、66和 69位點存在 SNPs［13，22］，而本實驗中所有樣本在8、18、25、66和69位置的堿基均為 G、G、G、G和A，而在9、50、53、61和63位堿基上出現了SNPs。TANG［16］在2013年的研究中發現，ORF75的重復單元數目相同；而大多數樣本均出現ORF94序列缺失，僅有極個別樣本出現了數目不等的RUs；ORF125的RUs數目也存在差異。MUSTHAQ等［12］和 WAIKHOM等［23］的實驗表明，ORF94在不同宿主中存在一定程度的VNTR。然而 GUDKOVS等［10］研究 中 發現，ORF94的 RUs沒有任何差異。SINDHUPRIYA等［24］的實驗表明，ORF94的 RUs存在細微的差異，而ORF75和ORF125不存在VNTR。因此僅僅考慮重復單元的數量的差異（VNTR）而忽視單核苷酸多態性（SNPs）則可能得不到理想的流行病學調查結果。通過增加SNPs的分析則有助于進一步區分具有相同VNTR的毒株。在本實驗中，不同地區的樣本的ORF94和ORF125均存在VNTR，SNPs的分析結果則進一步顯示出樣本之間的差異性。

本研究結果表明，2016年的樣本中，WSSV毒株存在一定程度的變異情況，其中ORF14／15和ORF23／24均出現了新的缺失片段，ORF75、ORF94和ORF125的VNTR以及SNPs變化情況也存在明顯差異，但總體較2013年和2014年的樣本表現出部分穩定性。因此可以推測，WSSV毒株的不斷變異是為了更好地適應環境，但變異是否導致WSSV致病性的變化以及變化機制還有待進一步研究。