流行性造血器官壞死病毒焦磷酸測(cè)序方法研究

王 娜，張 旻，張 舟，景宏麗，任 彤，張利峰，吳紹強(qiáng)

( 1.中國(guó)檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院，北京 100176； 2.北京海關(guān)技術(shù)中心，北京 101113 )

流行性造血器官壞死病是有鰭魚類一種全身性的臨床或亞臨床的感染性疾病。世界動(dòng)物衛(wèi)生組織將流行性造血器官壞死病列入必須報(bào)告的疫病名錄，我國(guó)將其列為《中華人民共和國(guó)進(jìn)境動(dòng)物一、二類傳染病、寄生蟲病名錄》的二類傳染病。流行性造血器官壞死病由流行性造血器官壞死病毒(Epizootichaematopoieticnecrosisvirus, EHNV)引起，流行性造血器官壞死病毒是一種雙鏈DNA病毒，屬于虹彩病毒科、蛙病毒屬(Ranavirus)。紅鰭鱸(Percafluviatilis)和虹鱒(Oncorhynchusmykiss)是僅有的天然感染的兩種硬骨魚類。虹鱒因流行率很低，雖然死亡率高，60%～80%的瀕死魚或死亡魚中都可以分離出流行性造血器官壞死病毒，而未出現(xiàn)臨床癥狀的魚中，只有不到4%的魚中可以分離到病毒，所以雖然死亡率很高，但仍然不易被懷疑或被檢出[1-5]。各年齡階段的虹鱒和紅鰭鱸均易感，虹鱒的感染率低、死亡率高；而紅鰭鱸的感染率和死亡率均非常高[3-4]。我國(guó)是鱸魚和虹鱒養(yǎng)殖大國(guó)，如果發(fā)生流行性造血器官壞死病毒感染會(huì)給我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，因此加強(qiáng)流行性造血器官壞死病的監(jiān)測(cè)和流行病學(xué)調(diào)查是目前比較有效的預(yù)防措施；同時(shí)進(jìn)行快速精確診斷方法的研究，是當(dāng)前我國(guó)流行性造血器官壞死病防控的迫切需要。目前，流行性造血器官壞死病毒檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)方法主要是基于細(xì)胞培養(yǎng)的病毒分離，然后用組織病理、免疫熒光、ELISA、電鏡技術(shù)和PCR等手段鑒定[5]，操作繁瑣，診斷時(shí)間長(zhǎng)，抗原捕獲ELISA可以有效鑒定該病毒，但敏感性僅為60%，且難以區(qū)分流行性造血器官壞死病毒和蛙病毒屬的其他成員[6]；PCR方法雖然靈敏，但仍會(huì)有假陽性出現(xiàn)的可能，需要通過測(cè)序進(jìn)行確診，延長(zhǎng)了確診時(shí)間；其他方法無法滿足在分子水平上快速確診病原的需求。

焦磷酸測(cè)序技術(shù)不需要熒光標(biāo)記引物或核酸探針，不需要凝膠電泳，具有分析快速、準(zhǔn)確、靈敏度高和實(shí)時(shí)檢測(cè)的特點(diǎn)，適于對(duì)已知短序列的測(cè)序分析[7-9]，廣泛應(yīng)用于細(xì)菌、真菌和病毒的分型，突變位點(diǎn)的檢測(cè)及單核苷酸多態(tài)性分析等[10-14]。該方法在普通PCR的基礎(chǔ)上，對(duì)PCR產(chǎn)物進(jìn)行測(cè)序，提高了檢測(cè)的特異性，且給出了分子診斷的黃金標(biāo)準(zhǔn)—基因序列，減少了由于PCR敏感性高而出現(xiàn)的假陽性結(jié)果，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性，目前該技術(shù)已經(jīng)逐漸成為實(shí)驗(yàn)室非常重要的DNA分析新手段[15-16]。本研究針對(duì)流行性造血器官壞死病毒ORF65基因的保守區(qū)域，利用焦磷酸測(cè)序軟件設(shè)計(jì)PCR擴(kuò)增引物及焦磷酸測(cè)序引物，通過對(duì)反應(yīng)條件與體系的優(yōu)化，建立流行性造血器官壞死病毒ORF65基因的焦磷酸測(cè)序檢測(cè)方法，為流行性造血器官壞死病的監(jiān)測(cè)和防控提供新的檢測(cè)手段。

1 材料與方法

1.1 病毒株

1.2 主要試劑及儀器

DNeasy Blood & Tissue Kit DNA提取試劑盒、PyroMark PCR Kit、PyroMark Gold Q96 SQA Reagents及焦磷酸測(cè)序儀PyroMark Q96 MD等均購自QIAGEN公司；鏈霉親和素包被磁珠購自GE公司；500 bp DNA Marker等其他試劑購自TaKaRa公司。

1.3 引物設(shè)計(jì)

根據(jù)GenBank中公布的流行性造血器官壞死病毒 ORF65基因的特異區(qū)域序列，利用PSQ Assay Design SW軟件設(shè)計(jì)PCR擴(kuò)增引物EHNV-F：5′-Biotin-CTCAAGACCAAGAAGGCCATAA-3′和EHNV-R：5′-TTTTCGGACATGCTCTTCTTCA-3′及測(cè)序引物EHNV-S：5′-CTTCTCGATGCAAGAGT-3′，并在EHNV-F擴(kuò)增引物5′端進(jìn)行生物素標(biāo)記，預(yù)期擴(kuò)增片段長(zhǎng)度為137 bp。引物合成和測(cè)序由生工生物工程(上海)股份有限公司完成。

1.4 病毒DNA的提取

按照病毒DNA提取試劑盒說明書操作步驟提取核酸，立即用于PCR擴(kuò)增或置-20 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.5 PCR反應(yīng)

以病毒DNA為模板，用PyroMark PCR Kit進(jìn)行PCR擴(kuò)增并優(yōu)化反應(yīng)條件為：95 ℃預(yù)變性15 min；94 ℃ 30 s，60 ℃ 30 s，72 ℃ 30 s，45次循環(huán)；72 ℃ 10 min。PCR擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳鑒定后，將其送往公司進(jìn)行測(cè)序。剩余的PCR產(chǎn)物用于焦磷酸測(cè)序反應(yīng)。

1.6 單鏈制備及測(cè)序反應(yīng)

根據(jù)焦磷酸測(cè)序反應(yīng)操作說明制備單鏈模板。將20 μL的PCR產(chǎn)物與30 μL ddH2O混合后與200 μg鏈霉親和素包被的磁珠混合，室溫下1400 r/min振蕩孵育15 min，用真空吸附泵吸附與磁珠結(jié)合的PCR產(chǎn)物，然后依次通過70%乙醇(5 s)、變性緩沖液(5 s)和沖洗緩沖液(5 s)清洗，最后移至PSQ96孔板上方釋放磁珠，96孔板中預(yù)先加入45 μL/孔含有0.3 mol/L測(cè)序引物的結(jié)合緩沖液，將96孔板放入80 ℃烘箱中加熱2 min后，冷卻至室溫。

根據(jù)儀器的軟件說明在試劑艙中分別加入底物APS、dNTP和酶混合物(DNA聚合酶、熒光素酶、ATP硫酸化酶和三磷酸腺苷雙磷酸酶)；然后將試劑艙和PSQ96板放入PyroMark Q96 MD測(cè)序儀中進(jìn)行焦磷酸測(cè)序反應(yīng)，在20～28 ℃下，所采用的堿基加入順序?yàn)?5(ATGC)，每輪測(cè)序檢測(cè)運(yùn)行時(shí)間為65 min，引物鏈隨著不同dNTP的加入而延伸，隨著核酸的結(jié)合，CCD攝像機(jī)檢測(cè)到發(fā)出的光信號(hào)。

1.7 敏感性試驗(yàn)

將模板流行性造血器官壞死病毒DNA(5 ng/μL)依次進(jìn)行10倍梯度稀釋，PCR擴(kuò)增后進(jìn)行焦磷酸測(cè)序反應(yīng)，確定用于焦磷酸測(cè)序的最低檢測(cè)限。

1.8 特異性試驗(yàn)

1.9 重復(fù)性試驗(yàn)

重復(fù)進(jìn)行3次試驗(yàn)，比較每次測(cè)得的序列結(jié)果，確定試驗(yàn)的重復(fù)性和穩(wěn)定性。

1.10 樣品檢測(cè)

將實(shí)驗(yàn)室保存的流行性造血器官壞死病毒感染的虹鱒肝、脾、腦等10份組織、5份未感染流行性造血器官壞死病毒的虹鱒組織及50份監(jiān)測(cè)樣品，提取核酸進(jìn)行焦磷酸測(cè)序檢測(cè)，并與世界動(dòng)物衛(wèi)生組織《水生動(dòng)物疫病診斷手冊(cè)》中推薦的檢測(cè)方法進(jìn)行比較。

2 結(jié) 果

2.1 PCR反應(yīng)

以流行性造血器官壞死病毒DNA為模板，使用本研究設(shè)計(jì)的流行性造血器官壞死病毒擴(kuò)增引物及優(yōu)化的反應(yīng)條件進(jìn)行PCR檢測(cè)。結(jié)果顯示，擴(kuò)增出的特異性片段符合預(yù)期大小，沒有非特異性擴(kuò)增產(chǎn)物，滿足進(jìn)行焦磷酸測(cè)序反應(yīng)的需要(圖1)。公司測(cè)序結(jié)果表明，該目的條帶與流行性造血器官壞死病毒ORF65基因片段同源性為100%。

2.2 焦磷酸測(cè)序反應(yīng)

流行性造血器官壞死病毒ORF65基因的焦磷酸測(cè)序結(jié)果為CCATGAGGAA ATATCTTACC CTCTCAAACT GTCTGTCG。將該序列利用BLAST軟件進(jìn)行比較，與目的基因序列符合率為100%基因，即焦磷酸測(cè)序結(jié)果與普通測(cè)序結(jié)果完全一致，該序列能夠作為流行性造血器官壞死病毒快速鑒定的靶序列(圖2)。

圖1 流行性造血器官壞死病毒 ORF65基因PCR擴(kuò)增結(jié)果M.DL500 DNA Marker； 1.流行性造血器官壞死病毒 ORF65基因片段； 2.陰性對(duì)照.

圖2 流行性造血器官壞死病毒 ORF65基因焦磷酸測(cè)序結(jié)果

2.3 敏感性試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果顯示，流行性造血器官壞死病毒DNA模板10倍系列稀釋至10-4時(shí)均擴(kuò)增出與目的條帶大小相符的特異性片段(圖3)；經(jīng)焦磷酸測(cè)序反應(yīng)，模板稀釋至10-4時(shí)，測(cè)定的序列均與流行性造血器官壞死病毒 ORF65基因的目標(biāo)序列一致，為CCATGAGGAA ATATCTTACC CTCTCAAACT GTCTGTCG。結(jié)果表明，該試驗(yàn)方法最低核酸檢測(cè)限為0.5 pg/μL(稀釋度為10-4時(shí))，以此為模板擴(kuò)增得到的PCR產(chǎn)物可以用于焦磷酸測(cè)序。

2.4 特異性試驗(yàn)結(jié)果

圖3 流行性造血器官壞死病毒敏感性試驗(yàn)結(jié)果M.DL500 DNA Marker； 1～7.流行性造血器官壞死病毒 5 ng/μL、0.5 ng/μL、0.05 ng/μL、5 pg /μL、0.5 pg /μL、0.05 pg/μL、5 fg/μL; 8.陰性對(duì)照.

2.5 重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

重復(fù)進(jìn)行3次試驗(yàn)，PCR擴(kuò)增結(jié)果及測(cè)得序列一致，表明該方法具有很好的重復(fù)性與穩(wěn)定性。

2.6 樣品檢測(cè)

利用本研究建立的焦磷酸測(cè)序檢測(cè)方法對(duì)實(shí)驗(yàn)室保存的65份樣品進(jìn)行檢測(cè)。10份陽性組織樣品檢測(cè)結(jié)果為陽性(包括1份弱陽性)、5份陰性組織樣品檢測(cè)結(jié)果為陰性，50份監(jiān)測(cè)樣品檢測(cè)結(jié)果均為陰性，與世界動(dòng)物衛(wèi)生組織《水生動(dòng)物疫病診斷手冊(cè)》中推薦的PCR檢測(cè)結(jié)果一致，符合率為100%。

3 討 論

本試驗(yàn)通過優(yōu)化反應(yīng)條件，成功建立了流行性造血器官壞死病毒焦磷酸測(cè)序檢測(cè)方法。該方法為國(guó)內(nèi)外首次建立流行性造血器官壞死病焦磷酸檢測(cè)技術(shù)。目前該技術(shù)已經(jīng)逐漸成為實(shí)驗(yàn)室非常重要的DNA分析新手段[12-18]。國(guó)內(nèi)研究人員針對(duì)施馬倫貝格病毒[15]、傳染性造血器官壞死病毒[16]、鯉春病毒血癥病毒[17]、貝類包納米蟲[18]等病毒和寄生蟲建立了焦磷酸測(cè)序檢測(cè)方法。國(guó)外研究人員針對(duì)新城疫病毒、流感病毒H3N2等病毒也建立了針對(duì)不同毒株變異位點(diǎn)的焦磷酸測(cè)序方法并通過大量的臨床樣品檢測(cè)驗(yàn)證了方法的有效性，有助于進(jìn)行病毒學(xué)監(jiān)測(cè)和流行病學(xué)調(diào)查[14,19]。

3.1 靶序列的篩選

3.2 焦磷酸測(cè)序引物的設(shè)計(jì)

焦磷酸測(cè)序技術(shù)要求選擇的序列在100～200 bp，本研究選取編碼流行性造血器官壞死病毒ORF65基因的核酸序列，利用軟件進(jìn)行序列分析后，設(shè)計(jì)了符合焦磷酸引物設(shè)計(jì)要求的擴(kuò)增引物和測(cè)序引物，PCR擴(kuò)增后將其產(chǎn)物進(jìn)行焦磷酸測(cè)序反應(yīng)，將獲得的特異性序列作為流行性造血器官壞死病毒鑒定的靶序列。通常情況下，焦磷酸測(cè)序反應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)出的堿基數(shù)為20～30 bp。本研究經(jīng)優(yōu)化測(cè)序反應(yīng)后，準(zhǔn)確測(cè)出的堿基序列達(dá)38 bp，完全滿足證明待測(cè)樣品是否為流行性造血器官壞死病毒ORF65基因序列的確診要求，具有很好的特異性。與普通測(cè)序方法相比，檢測(cè)效率提升，檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確，適用于對(duì)流行性造血器官壞死病毒的大規(guī)模檢測(cè)和流行病學(xué)調(diào)查。

3.3 與PCR檢測(cè)方法的比較

根據(jù)世界動(dòng)物衛(wèi)生組織《水生動(dòng)物疫病診斷手冊(cè)》[5]中規(guī)定的PCR產(chǎn)物需通過測(cè)序才能最終確定病毒種類。本研究建立的流行性造血器官壞死病毒焦磷酸測(cè)序方法耗時(shí)短，一般3～4 h就可以得到基因序列，從而大大減少了病原確診時(shí)間。利用該方法對(duì)實(shí)驗(yàn)室保存的65份樣品進(jìn)行檢測(cè)，并與世界動(dòng)物衛(wèi)生組織《水生動(dòng)物疫病診斷手冊(cè)》中推薦的常規(guī)PCR方法進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示，焦磷酸測(cè)序方法與PCR方法檢測(cè)結(jié)果一致。對(duì)于其中的弱陽性樣品，常規(guī)PCR雖能檢出但由于不能滿足測(cè)序?qū)颖竞康囊?，因而不能進(jìn)行有效測(cè)序，參照世界動(dòng)物衛(wèi)生組織《水生動(dòng)物疫病診斷手冊(cè)》的規(guī)定，由于不能進(jìn)行有效測(cè)序，因而不能作為疫病陽性檢出確診的依據(jù)。而焦磷酸測(cè)序方法對(duì)于弱陽性樣品樣本可以直接給出基因序列，且檢測(cè)結(jié)果與PCR完全一致，因而說明焦磷酸方法的高靈敏度是有效的，從而避免了假陽性檢出。

本研究所建立的流行性造血器官壞死病毒焦磷酸測(cè)序檢測(cè)方法具有準(zhǔn)確性高、重復(fù)性和穩(wěn)定性好，特異性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，從基因序列水平上對(duì)流行性造血器官壞死病毒進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)鑒定，為流行性造血器官壞死病毒的快速檢測(cè)和流行性造血器官壞死病的確診及流行病學(xué)調(diào)查提供了一種可行方法，對(duì)保障我國(guó)鱸魚及虹鱒等魚類養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義。