应用实时荧光定量PCR研究BBTV DNA1在香蕉不同组织中的含量

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  摘 要 为准确定量香蕉束顶病毒(Banana bunchy top virus,BBTV)DNA1组分在香蕉组织中的分布和含量,建立以SYBR Green-I荧光染料为标记的实时荧光定量PCR(Real Time Fluorescence Quantitative PCR)方法。利用B1-F/B1-R引物扩增海南BBTV DNA1组分并构建到pMD18T sample载体,再以B2-F/B2-R引物测定该质粒的标准曲线,其线性方程为Y=-3.247×LOG(X)+8.01,相关系数r2=0.997,扩增效率为103.2%,标准质粒检测灵敏度约为214 copies/μL。分别选取染病香蕉的嫩叶、叶鞘、假茎和球茎各100 mg,提取DNA并进行实时荧光定量PCR检测。结果表明:病株各部位均含BBTV病毒,但含量有明显差异,其中嫩叶(3.08×108 copies/mg)>叶鞘(2.50×108 copies/mg)>假茎(1.29×108 copies/mg)>球茎(1.67×107 copies/mg),呈依次递减。
  关键词 香蕉束顶病毒;实时荧光定量PCR;病毒含量
  中图分类号 S668.1 文献标识码 A
  Abstract To accurately measure the distribution or amount of Banana bunchy top virus DNA1 component in banana leaf, sheath, pseudostem and corm tissues, the real-time fluorescence quantitative PCR method was used to study in this paper. A 978 bp nucleotide sequence of DNA1 was obtained by B1-F/B1-R primers and ligated to pMD18T sample vector as a plasmid standard. The plasmid standard curve was determined by the real-time fluorescence quantitative PCR by B2-F/B2-R primers with the linear equation Y=-3.247×LOG(X)+8.01, correlation coefficient r2=0.997, and amplification efficiency 103.2%. The minimum detectable amount of the standard plasmid is approximately 214 copies/μL. The infected banana leaves, sheaths, pseudostems and corms of 4 samples were taken for DNA extraction, and real-time quantitative PCR results showed that BBTV virus was existed in these tissues. However, there are significant differences in the amount in leaf(3.08×108 copies/mg), sheath(2.50×108 copies/mg), false stem(1.29×108 copies/mg)and corm(1.67×107copies/mg), presenting in descending order.
  Key words BBTV; Real-time fluorescence quantitative PCR; Virus measurement
  doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.07.023
  香蕉束顶病毒(Banana bunchy top virus,BBTV)属矮化病毒科(Nanoviridae)香蕉束顶病毒属(Babuvirus),是香蕉束顶病(Banana bunchy top disease,BBTD)的病原[1-3]。染病香蕉叶片背部有深绿色条纹,并向叶片中脉延伸,叶片聚束造成植株发育不良,严重影响果实的生长[3]。BBTV为18~20 nm的等径二十面体粒体,基因组至少由6个环状单链DNA组分组成,编码不同的蛋白,DNA1编码复制起始蛋白(Replication initiation proteins,Rep)[4-5],DNA2编码未知蛋白[6],DNA3编码外壳蛋白质(Coat protein,CP)[7],DNA4编码运动蛋白(Movement protein,MP)[8],DNA5编码Rb-结合蛋白(Rb-binding-like protein)[8],DNA6编码核穿梭蛋白(Nuclear shuttle protein,NSP)[1, 8]。而DNA 1序列的高度保守性是BBTV分组的标准之一[9]。
  近年来,实时荧光定量PCR在病毒方面的研究已成为分子生物学领域的一个热点,特别在病毒、细菌和病原体的定量检测、监测具有独特的优势[10]。与传统PCR相比,荧光定量PCR能实时监控PCR反应的进程并准确定量,灵敏度大约是传统PCR的10~100倍[11]。利用实时荧光定量PCR检测BBTV已多有报道,如Chen等[12]通过Taqman探针法对病株进行了检测,Fu[13]和Watanabe[14]通过SYBR法对病株和媒介分别进行了检测。但利用实时荧光定量PCR检测BBTV在香蕉寄主各组织器官的含量分布未见报道。本研究首先建立了以DNA1为模板、SYBR Green-I荧光染料为标记的实时荧光定量PCR方法,然后对染病香蕉的嫩叶、叶鞘、假茎和球茎BBTV含量进行检测。本研究的染病香蕉BBTV DNA1在各部位定量检测对海南香蕉的生产和病毒病的控制有重要意义。   1 材料与方法
  1.1 材料
  1.1.1 植物材料 具有典型BBTD症状、经间接酶联免疫法(ID-ELISA)检测为阳性的巴西蕉(Musa spp.)植株,取自海口地区,由本实验室保存备用。
  1.1.2 菌株和载体 E.coli Competent cells DH5α和pMD18-T Simple Vector均购自TaKaRa公司。
  1.1.3 试剂及仪器 琼脂糖凝胶回收试剂盒、普通质粒小提试剂盒和植物DNA提取试剂盒均购自TIANGEN公司(中国北京);Easy Taq DNA Polymerase购自北京全式金技术有限公司;SYBR Premix Ex Taq、PrimeScript Reverse Transcriptase、DNA Marker DL 2000均购自TaKaRa公司;实验所用实时荧光定量PCR仪为Stratagene Mx3005P。
  1.2 方法
  1.2.1 引物设计与合成 根据本实验室报道的BBTV海南分离物DNA1组分(AY494788、HQ378190、HQ616074和FJ463042)保守序列设计2对特异引物B1-F/B1-R和B2-F/B2-R,扩增片段长度分别为978、236 bp。引物委托生工生物工程(上海)有限公司合成(表1)。
  1.2.2 香蕉总DNA的提取 从冰箱中取0.5 g感染BBTV的香蕉嫩叶组织,液氮研磨,取100 mg按照植物基因组DNA提取试剂盒说明书步骤提取病样总DNA,溶于50 μL体积水中,于-20 ℃保存备用。
  1.2.3 pMD18T-DNA1质粒标准品构建 以病株的总DNA为模板,以B1-F/B1-R为引物进行PCR扩增。PCR反应体系为:10×Easy Taq buffer 2.5 μL,2.5 mmol/L dNTPs 0.5 μL,10 μmol/L引物各0.5 μL,Easy Taq DNA Polymerase 0.2 μL,DNA模板1 μL (20 μg),加ddH2O 11.0 μL至总体积为25 μL。反应程序为:94 ℃预变性3 min;94 ℃变性30 s,55 ℃退火30 s,72 ℃延伸60 s,35个循环;72 ℃再延伸10 min。将扩增得到的DNA1片段切胶回收,连接至pMD18-T Simple载体上,最后选取3个克隆子送往生工测序部测序。对测序正确的阳性克隆菌提取质粒,溶于50 μL ddH2O中,稀释100倍后用Thermo Nanodrop 2000测定pMD18T-DNA1浓度并进行拷贝数换算[拷贝数=(50×A×n)/B×6.02×1014,其中A代表吸光度值,n代表稀释倍数,B代表质粒分子量]。
  1.2.4 实时荧光定量PCR预实验 分别以pMD18T-DNA1和病株总DNA为模板,以B2-F/B2-R为引物进行PCR扩增。PCR反应体系参照1.2.3。反应程序为:95 ℃ 3 min;然后95 ℃ 30 s,60 ℃ 30 s,72 ℃ 30 s,40个循环;降至16 ℃反应结束。
  1.2.5 标准曲线的建立 将质粒标准品以10的梯度倍数稀释9个梯度(共10个梯度),并以此作为模板,进行实时定量PCR反应,反应体系为:SYBR Premix EXTaqTM(2×)12.5 μL,ROX Reference DyeⅡ(50×)0.5 μL,引物B2-F/B2-R各0.5 μL,梯度稀释的质粒标准品模板1 μL,加ddH2O 10.0 μL至总体积为25 μL。反应程序参照1.2.4。反应结束后,实时荧光定量PCR仪(Stratagene Mx3005P)根据结果自动生成标准曲线。
  1.2.6 实时荧光定量PCR与普通PCR的灵敏度比较 另一组也以同样梯度稀释的质粒标准品为模板,反应体系同1.2.5,反应程序按照1.2.4,进行普通PCR检测。扩增产物经1.5%的琼脂糖凝胶电泳检测。
  1.2.7 BBTV含量的测定 以本实验室保存的4棵香蕉病株为材料,分别取其嫩叶、叶鞘、假茎和球茎各100 mg,共16个样品,按照植物基因组DNA提取试剂盒提取总DNA,溶于50 μL H2O中,反应体系同1.2.5,反应程序按照1.2.4,进行实时荧光定量PCR检测。
  2 结果与分析
  2.1 总DNA的提取
  取5 μL总DNA经1%的琼脂糖凝胶电泳,结果显示:条带清晰,无明显弥散带,可作为模板用于后续的PCR扩增。
  2.2 标准质粒构建
  测序结果表明,3个阳性克隆子序列一致,均来自BBTV DNA1序列。经NCBI(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)BLAST分析结果表明,本实验扩增获得的DNA1序列与GenBank公布的BBTV Haikou-4 DNA1序列(HQ378194)同源性最高,达到99.28%。提取质粒,稀释100倍后经Thermo Nanodrop 2000测得OD280为0.017,计算得出标准质粒浓度为2.14×109 copies/μL。
  2.3 引物验证
  采用引物B2-F/B2-R扩增标准质粒pMD18T-DNA1和病株总DNA,结果均得到一条大小约236 bp的单一条带,无非特异性扩增、无二聚体,健康香蕉总DNA和水空白均无扩增条带(图1)。
  2.4 实时荧光定量PCR标准曲线
  实时荧光定量PCR仪(Stratagene Mx3005P)生成的标准曲线的线性方程为Y=-3.247×LOG(X)+8.01,标准曲线的扩增效率(E)为103.2%,拷贝数对数与Ct值之间的相关系数(r2)为0.997,该标准曲线完全可满足实验的可信度要求,如图2所示。目的片段TM值为86 ℃(图3),溶解曲线为单一峰,特异性强。   2.5 实时荧光定量PCR灵敏度检测
  应用实时荧光定量PCR方法检测BBTV DNA1,PCR反应为35个循环时,可检测到标准质粒灵敏度为10-7,即样品浓度为2.14×102 copies/μL(图4)。而普通PCR检测的灵敏度是10-5,即2.14×104 copies/μL(图5)。此结果表明实时荧光定量PCR检测BBTV DNA1的灵敏度是普通PCR的100倍左右。
  2.6 BBTV含量的测定
  实时荧光定量PCR结果表明,4棵病株各部位均含BBTV,但含量有明显差异。对4个样品的Ct值换成拷贝数后,取平均值,其中,嫩叶(3.08×108 copies/mg)>叶鞘(2.50×108 copies/mg)>假茎(1.29×108 copies/mg)>球茎(1.67×107 copies/mg),呈依次递减(图6)。球茎的标准差较小,表明BBTV在该部位含量波动较小;而嫩叶、叶鞘和假茎的标准差大,说明BBTV在嫩叶、叶鞘和假茎的个体差异大。
  3 讨论与结论
  本研究结果表明,病株各组织均含有BBTV病毒,但含量有明显差异,其中嫩叶最高,叶鞘次之,假茎第三,球茎最低。趋势与赖星华等[15]的探针法和范国成等[16]的抗体结合法检测结果基本吻合。BBTV侵染香蕉形成侵染点后会向植株的其他部分转移,形成系统感染,最终使香蕉植株矮缩、束顶,无果或果实变小。病毒在香蕉各组织中的含量与很多因素有关,如寄主的基因、病毒的基因、寄主的防御机制、从侵染点到植株其部分的维管束和环境条件等。这些或者其它的因素最终使病毒在植株各组织的分布不均。
  BBTV为多组分ssDNA病毒,各组分表达的不同蛋白行使着不同的生物学功能。其中DNA1表达的复制酶基因是病毒复制的必需组分,其表达量的高低可能决定病毒颗粒的多少。相对于其它植物病原微生物,植物病毒的核酸序列具有简单、重复和长度短等特点。BBTV除DNA2组分外,其它5个组分均比较保守,其中又以DNA1保守性最好。以此为依据,本研究在BBTV DNA1组分的高度保守区域设计特异引物,针对性强、特异性高。荧光染料实时定量PCR方法所用的引物必须高度特异,无二聚体。引物验证结果表明,本实验前期所设计的5对引物中筛选出了最优的1对引物,即B2-F/B2-R。
  用于本研究的4棵香蕉病株在不同香蕉大田中选取,其水肥环境和感染病毒的早晚可能不一致,所以各株间同一组织的病毒含量也有差异。其中叶鞘的差异最大,球茎差异最小,但各株总体分布趋势趋于一致,使结果更具有代表性。本研究建立的方法与DNA探针法和抗体方法相比,其优点在于能定量检测BBTV在染病香蕉各组织的含量,且灵敏度高、特异性强,也可用于检测组培苗和交脉蚜等病毒含量较低的材料。
  参考文献
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