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应用DPO技术检测番茄斑萎病毒方法的建立

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河南农业科学,2017,46(11):93.97 Journal of Henan Agricultural Sciences doi:10.15933/j.cnki.1004—3268.2017.1 1.016 应用DPO技术检测番茄斑萎病毒方法的建立 刘忠梅 ,罗 佳。,潘仲乐 ,刘洪义 ,李丹丹 ,韩政坤 ,魏冬旭 ,马 微 (1.黑龙江出人境检验检疫局检验检疫技术中心,黑龙江哈尔滨150001;2.辽宁出人境检验检疫局, 辽宁大连116001;3.海南出入境检验检疫局检验检疫技术中心,海南海口570125; 4.东宁出入境检验检疫局,黑龙江东宁157299) 摘要:为了准确、高效地检出番茄斑萎病毒(tomato spotted wilt virus,TswV),利用双启动寡核苷酸 引物(DPO)技术,以TsWV外壳蛋白(CP)基因为靶基因,设计了一对DPO引物,对PCR反应体系 中的引物、dNTPs、Taq DNA聚合酶用量进行优化,建立了TSwV的DPO—PCR检测方法,并对其灵 敏度、特异性以及退火温度敏感性进行了评价。结果表明,应用DPO引物建立的PCR技术能够成 功地扩增出TswV的208 bp特异性条带,与预期目标相符。经过优化后,DPO—PCR反应体系 (25 L)为:DNA模板1 L,10 X Buffer(含Mg“)2.5 L,dNTPs(每种2.5 mmol/L)2.O L,Taq DNA聚合酶(5 U/ L)O.2 L,上、下游DPO引物(20 txmol/L)各1.0 p.L,以去离子水补充至 25 L。利用该检测方法,在49.8~70.0℃的退火温度范围内,均可实现目标基因片段的高效扩 增,说明其对退火温度不敏感;利用病毒RNA进行检测,该方法的灵敏度为7.5 ng;通过对TswV、 番茄环斑病毒、烟草环斑病毒和番茄黑环病毒的检测表明,仅TswV呈现阳性反应,说明该方法特 异性强。所建立的DPO—PCR检测方法能够准确、高效地检测TSwv,可用于进出境种苗检疫筛查 及田间病害诊断。 DPO—PCR:检测 关键词:番茄斑萎病毒;双启动寡核苷酸引物; 中图分类号:¥432.4 1 文献标志码:A 文章编号:1004—3268(2017)11—0093—05 Development of DPO—PCR Detection Method for Tomato Spotted Wilt Virus LIU Zhongmei ,LUO Jia ,PAN Zhongle ,LIU Hongyi ,LI Dandan , HAN Zhengkun ,WEI Dongxu ,MA Wei (1.Technical Centre of Heilongjiang Entry—exit Inspection and Quarantine Bureau,Harbin 150001,China; 2.Liaoning Enty—rexit Inspection and Quarantine Bureau,Dalian 1 16001,China;3.Technical Centre of Hainan Entry・exit Inspection and Quarantine Bureau,Haikou 570125,China;4.Dongning Enty—exitr Inspection and Quarantine Bureau,Dongning 157299,China) Abstract:In order to accurately and eficifently detect tomato spotted wilt virus(TSWV),in this study,a pair of dual-priming oligonucleotide(DPO)primers was designed based on TSWV coat protein(CP)gene by DPO technology and through optimization of reaction system factors including concentrations of primer, dNTPs and Taq DNA polymerase,a DPO-PCR detection method for TSWV was established.Its sensitivity。 speciicifty and annealing temperature sensitivity were also evaluated.The results showed that the expected fragment of 208 bp was successfully amplified by the DPO—PCR system.The optimal DPO・PCR system (25 tzL)was as follows:DNA 1 txL,10×Buffer(Mg“Plus)2.5 IxL,dNTPs(2.5 mmol/L for each) 2.0 IxL,Taq DNA polymerase(5 U/p ̄L)0.2 p.L,each primer(20 ̄mol/L)1.0 L,with deionized water to supplement the system.The target gene could be efficiently amplified by the DPO primers in the annea一 收稿日期:2017—05—13 基金项目:哈尔滨市科技创新人才研究专项(2012RFQQN029);国家质检总局科技计划项目(2013IK051) 作者简介:刘忠梅(1976一),女,山东莱州人,高级农艺师,博士,主要从事植物检疫工作。E—mail:liuzhmei@163.eom 94 ling temperature range from 49.8℃河南农业科学 第46卷 to 70.0℃.showing that the method was insensitive to annealing temperature.The detection sensitivity of the method was 7.5 ng when viral RNA was used as template. TSWV.tomato ringsopt virus,tobacco ring spot virus and tomato black ring virus were simultaneously de— tected by the method.and positive reaction appeared only for TSWV,indicating that the method had strong specificity.The established method can detect TSWV accurately and efficiently.and thus can be used for quarantine screening and disease diagnosis of entry and exit seedlings. Key words:tomato spotted wilt virus;dual—priming oligonucleotide;DPO—PCR;detection 番茄斑萎病是1915年在澳洲番茄上首次发现 Kommedal等¨ 在人类临床标本细菌16S rRNA研 究中,通过试验证实DPO的设计可以防止DNA的 交叉反应所产生的假阳性和假阴性。刘梅等 将 该技术应用于马铃薯病毒的检测,表明其特异性强 和敏感度高。徐义刚等 将该技术应用于食源性 致病菌大肠杆菌0157:H7的检测,可以有效阻断非 特异性扩增从而避免了假阳性的检测结果,显示出 其特异性强。本研究拟采用DPO技术,建立特异性 检测TswV的DPO—PCR方法,为进出境种苗检疫 的,其病原于1930年被命名为番茄斑萎病毒(toma— to spotted wilt virus,TswV) 。该病毒为世界性分 布,特别是热带、温带和亚热带地区比较常见 。 其寄主范围广,可侵染80科1 000多种植物,其中 包括番茄、烤烟、辣椒、花生等作物,也包括非洲紫罗 兰、万寿菊等多种观赏植物 。TswV在全世界范 围内都导致了重大的农业经济损失 。据报道,该 病毒曾造成澳大利亚花生产量损失高达90%,印度 花生产量损失达80% ;也曾造成夏威夷生菜和番 茄产量亏损50%~90% ;而在法国和西班牙等欧 筛查及田间病害诊断提供良好的检测手段。 洲地区,随着传播介体蓟马的定殖与扩散,该病毒能 够对番茄、辣椒等造成毁灭性危害,损失最高可达 100% 。因此,TswV被列为世界危害最大的l0 种植物病毒之一 。TSwV可以通过汁液接种、种 子传染,蓟马也能传播。感病种苗的贸易是该病毒 远距离传播的方式之一。TSwV是《中华人民共和 国进境植物检疫性有害生物名录》中列明的有害生 1 材料和方法 1.1 材料 TSwV、番茄环斑病毒、烟草环斑病毒和番茄黑 环病毒的阳性材料均由中国检验检疫科学研究院 提供。 M—MLV反转录酶为Promega公司产品,RNa— sin、dNTPs、Taq DNA聚合酶和100 bp DNA Ladder 物,也是欧洲及地中海植物保护组织(EPPO)检疫 性有害生物。建立该病毒快速、精准的检测方法,能 有效地阻止外来种苗携带的病毒入侵,保护我国的 农业生产。 (Dye Plus)为大连宝生物(TaKaRa)公司产品,核酸 提取试剂为Qiagen RNeasy Plant Mini Kit。 1.2引物设计与合成 根据TswV外壳蛋白(CP)基因的保守序列,设 计了普通引物以及DPO引物(表1),均由上海生工 生物工程技术服务有限公司合成。 双启动寡核苷酸引物(DPO)技术2007年由韩 国的Seegene公司首次研制成功¨ ,应用于感染性 疾病诊断,极大地提高了PCR的敏感性和特异性。 表1引物序列及产物大小 1.3 总RNA提取 DEPC水,70℃保温5 min,冰上放置2 min;再加入 4 L 5 X Buffer、2 IxL dNTPs(10 mmol/L)、0.5 L Oligo(dT)1 8(100 p ̄mol/L)、1 txL Random 6 mer(100 p ̄mol/L)、0.5 L RNasin(40 u/ L)、1 L M—MLV 称取100 mg TSwV阳性材料,用Qiagen RNeasy Plant Mini Kit提取总RNA,用ND一1000超微量分 光光度计测定其浓度。 1.4反转录 (200 U/p ̄L),42℃保温1 h。95℃灭活5 min,放置 冰上待用。 反转录体系20 L:先加入2 L总RNA、9 IxL 第1 I期 1.5 DPO—PCR反应 刘忠梅等:应用…’O技术检测番茄斑萎病毒方法的建立 rl:刈 照,分析Dt’O一 I{的特异lf牛 1)1 ()一PCR反』、 体系25 1 :dNTPs( 和{J 2.5 lnmol/1 )川f 范 为0.01~5.0 1.c1 ,7 I)NA聚 腑 2 结果与分析 2.1 TSwV DPO—PCR检测方法的建立 f… ()引物没汁力‘法,以 FSWV CP 、(5 IJ/ I )』IJ量范I矧为0.㈤I~0.5 1 ,1)PO弓【物(I 、 下游引物 20 ̄mol/1 )川一il … 0.05~2.0 I . 的 10 x Buftk I’(含Mg )2.5 1 ,仪板l L,以tl‘IH,O 补充 25 I 反应条件:94 5 IYlil];94 30 、 1:序列为靶序列,没汁r・埘i)PO fjl物, J 心 体系优化,建Of_TSWV的…,()一PCR检测厅法 从 1 tl可以看}fI'随符dN I、rs打¨人造的增JJ【】,扩增刊 60 q【:45 、72 c(:45 S,35个衙环;72 :l0 lllill。反心 结 后,取5 I_扩增产物进行1.2%琼脂糖凝胶电 泳检洲,Ji i 录结果 、 1.6 DPO—PCR退火温度敏感性试验 将… O—PCR退火湍度范『川 为49.8~70.0 oC, 川DPO f Jl物进行扩增 验,以} PCR引物作为 的『1的条带逐渐变庇, L{JJI1入龄为2.0 I.H、f达划fEi4 i 庇,之后不阿随JJ【I入址的增JJJI而增强..从 l h I叮以 …,Taq I)NA聚合 』Jl1人 与PCR扩增效 簪‘l it 十¨父,当』J『j入 为0.2 tx1 II,J‘ 以有效地扩增y:ljl I f,J; 条带 从 h・r・J‘以 ‘…,随首引物 的减少,扩增 参照, 琼脂 凝胶电泳检测扩增效果 1.7 DPO—PCR灵敏度试验 n勺f I标条带总休f:越来越 , JJI1人 为I.0 I 时 扩增效果最佳 此, I1SWV I)PO—PCII测 ‘法 , 分JjU.【l TSWV佯品总RN A 5、2.5、l、0.5、0.25、 一}t 优化的反』、 休系(25 I )为:1)NA卡Il板1 0.1、0.05、0.025 L作为反转求十Il板,进 RT— PCR,埘1)1,0一PCR的灵敏 进i 测定 1.8 DPO—PCR特异性试验 10 x Buffm’(含Mg )2.5 L,【1N_rPs( f I l2.5 l】llll( I/I )2.0 Ix1 ,Taq I)NA聚合酶(5 LI/Ix1 ) 0.2 I ,卜、下游DI O fjl物(20 txm ̄,I/I )符1.0 I , 以 离_r水补充至25 IJ 采川该最优体系伶测 .rSWV阳 样 ,呵以 效地扩增到H标条,,…if:( 1(1 1 收TswV、番肺环斑病薄、娴f, j1 斑病 干¨番 黑 病 4种均能侵染肺科 物的榆疫性病越的 cDNA 7t 模板,同时用健 ,0铃僻植侏叶片作 a bp I500 l000 M 9 I 50(卜 ()00 500 400 300 200 IO0 5O0 400 3OO 200 l()() 9 d bp M l 2 500 【)00 500 1000 500 400 50() 400 3()() 3(】O 200 100 200 l00 ¨(r1li】1:I 9:tIN rT’I jlj 分圳为0.0l、0.112、0.05、0 I、0 2、0.5、1.0 Il_tlN'I、I,s(f l利 2.5 nun.1/I )JIj l}f^=化,J II1,、l:100 hp I1N^I lllI 2(】、5 0 Ixl },Taq I)NA聚合耐(5[J/ 『J)川 优化,其…1,I 9 7 ,r,I) 、埭合廊川城j}别 0 O0l、0.002、f】005、O 0I、0.02、0 05、0 o 2、o 5 l 1)l’《】tjI物(20 …I/I 川¨}优化,』 一:¨1)1) 』I物H }分圳为 、 、 、 、 I1 w、I)l,()一Il{.1{』 f 化的J_z J 仆糸,J£rlI,1 2:I)1){)一})1.II眨腑 图1 TSwV DPO—PCR检测体系的优化和建立 第46卷 2.2 TSwV DPO—PCR检测方法退火温度敏感 性试验结果 2 爪,所业 的1)1 ()一I'C}{方法 的扩增,}I'扩增效率 小 恃一敛,蜕l』I】1)I ()引物 的退火泓度地 较宽; } 通I'Ctl力 法IJ!lJ 退火温 』{j=通 49.8~70.0 的邀火温度范 lJ、j均能进行高效? 50() 000 500 3()() 20() lO0 M:1O0}Jl1 ^I lIIh・1’;1 9: 火霜il度分圳为49 8、5I 5、53 4、58 3、n1 0 ,j 1,乍边I 9泳逝为 嗵l ( 1/结果. 63 7、66.I、68 0、70 0 图2 TSWV DPO—PCR检测方法退火温度不敏感性试验结果 2.3 TSWV DPO—PCR检测方法灵敏度试验 结果 I)f)O一 R榆测方法特 I't- b。M l 2 3 4 5 分光光度汁洲定,提取的 rSWV佯『}iI『总I{NA 匝 浓Jj£为1 50 rig/txl 、列不㈤川} 的总RNA逃 仃反转录,然后采J1j I)t’()一PCR ‘法扩增愉测, 200() 1000 750 5()() 果&【}J】,随着反转求摸饭J1J 的降低,『】标条带逐渐 变弱 、 1总RNA取5~0.05 txL ,… O—PCR均能 250 扫 增jiIJ H标条带.m 总I/NA取0.025 1 H ,DPO— PC|-I不能扩增到¨际条带(罔3) ttNA.陔方法的检测灵敏度为7.5 l g bn M l0(1 此,利用 ●: 的TSWV 的1)PO—I'CR方法能仃效地检…7.5 M:DI.2(100 I)N 、1Il lker;1 4:分 lJ jK T 、、、、 J J Rf f } ・ 』1 且{・jf 毒手{】番 }i J=干= 拉l l0 c、I)、、” f旗fK, 2000 进仃1)1 O—I"CIt 17.J、 ;5: 对照 1000 75O 5()O 图4 TSWV DPO—PCR检测方法特异性试验结果 3 结论与讨论 植物愉疫是种传痫 1;=jx 令管理巾-个 的措 施,各【t4制定相应的法规对种I 健 进行 150 l(m M:I)I 200(J I)N A M ai ;1 8:分刖取5、2.5、1、0 5、0 25、0 l、0 05、 检测和僻 ,阻l卜外来痫 物(病毒、扎闲、细 等) 的进入, }厂I书闻的农、I 随着 州运和 0 025 l 、、、l{ 、 '土J校扳,进行反转 Rl I)lJ(1一}】t R反 图3 TSWV DPO—PCR检测方法灵敏度试验结果 际种苗 易的迅速发 ,仙物病毒检 蹙 种苗 2.4 TSwV DPo—PCR检测方法特异性试验 结果 贸易中受剑越来越多的 视,研究一些快速、准确、 灵敏的 f1I 痫毒愉疫技术成为各 植物愉螋技术研 1究的重点 『1前,TSw、’快速愉测最常 的力‘法是 普通PCR嗣I 时荧光定 I)(:R 引物没汁 制约 利H】建立的1)1 ()一PCR方法伶测4种供 十r【 物 ,结粜表日』j,以TSg;  ̄V cDNA 模板能够扩增 对照均术扩增刨H的条带,}i_ …208 I,IJ条带, 颅 『{标条带 小一敏,而j 他 病 川性材料和 无 特件性扩增( 4),说明本 究地 的TSWV 陔类俭测办法成败的父键惟 袭 、 小研究引 入一种利J{J DP()引物的 :R技术,JII十愉测 TSWV 通PCR lr 』l物f¨ f荧光定ll PCR引 第11期 刘忠梅等:应用DPO技术检测番茄斑萎病毒方法的建立 97 物相比,DPO引物设计简单,不需要反复比对引物 的特异性,也不需要优化引物的各项参数与反应条 件。本研究还表明,采用DPO—PCR方法检测 TSWV时,在49.8~70.0 oC的退火温度下,均能保 持高效扩增,不同于普通PCR和实时荧光定量PCR 需要选择最适的退火温度。因此,DPO—PCR大大 地简化了引物设计、试验操作,且节约成本。经过对 引物、dNTPs、Taq DNA聚合酶用量的优化,建立了 TswV DPO—PCR反应体系(25 L):DNA模板 1 txL,10×Buffer(含Mg“)2.5 IxL,dNTPs(每种2.5 mmol/L)2.0 IxL,Taq DNA聚合酶(5 u/ L)0.2 IxL, 上、下游DPO引物(20 ̄mol/L)各1.0 L,以去离 子水补充至25 L。采用该最优体系检测TSWV阳 性样品,可以有效地扩增到目标条带。 DPO引物中加入了多聚次黄嘌呤(polyI),该多 聚次黄嘌呤由弱的氢键连接,所以它比其他碱基的 熔点低,同时多聚次黄嘌呤把DPO引物分成了两部 分,起到了固定作用并决定着引物的特异性延伸。 由于DPO引物特殊的结构,使其自身或者引物之间 很少形成发夹结构或二级结构,提高了扩增效率, DPO引物与模板发生错配的概率很小,一旦有3个 以上碱基错配,就不会成功扩增,保证了扩增的特异 性¨ 。本研究中特异性试验结果表明,DPO技术 能准确地鉴定出目标植物病毒,其他植物病毒无交 叉反应和非特异性反应。该技术显示出了良好的可 靠性和实用性,为TswV的准确检测提供了新手 段,为种苗调运和国际种苗贸易的迅速发展提供了 技术保障。 参考文献 [1] 洪霓.番茄斑萎病毒的检疫技术[J].植物检疫,2006, 20(6):389—392. 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